[发明专利]一种岩石粘聚力和内摩擦角测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种岩石粘聚力和内摩擦角测试装置及方法，属于岩石室内剪切试验技术领域。该装置包括滚珠承压板、上剪切盒、下剪切盒和剪切头，该装置工作时需采用岩石室内直剪仪配合完成测试工作。测试岩石粘聚力和内摩擦角时，首先采用岩石试件制作装置将岩石加工成标准岩石试件；然后通过直剪仪施加法向力P至预定值，再施加切向力Q直至产生明显位移，调整法向力P、切向力Q重复此操作；最后根据实验数据拟合得到岩石发生剪切破坏的强度曲线可得到岩石试件的粘聚力和内摩擦角。本发明的装置及方法解决了现有的岩石黏聚力和内摩擦角测试实验中标准岩石试件加工复杂、消耗量大的问题，具有装置结构简单、操作方便、经济有效、适用性广等优点。

技术领域

本发明涉及一种岩石粘聚力和内摩擦角测试装置及方法，属于石抗剪强度参数测定技术领域。

背景技术

岩体的抗剪强度参数是岩体力学性质参数中的重要组成部分，是度量岩体抵抗剪切破坏的基本参数，是分析基坑、边坡、隧道稳定性并开展其支护结构设计的重要参数，关系到工程的经济与安全控制。在现阶段的岩石力学中，以摩尔第三强度理论(最大剪应力理论)为基础，并结合库伦定律所建立起来的摩尔-库伦强度理论成为最广泛的应用的理论。根据摩尔-库伦强度理论，岩体的抗剪强度与岩体粘聚力、内摩擦角，以及作用在剪切滑动面上的法向应力有关，所以可知当岩体的受力状态明确时，抗剪强度由内摩擦阻力和粘聚力决定。基于此，目前多数的抗剪强度测试方法都是通过对岩体的内摩擦阻力和粘聚力测定而实现对抗剪强度的测定。

现有的岩体抗剪强度参数测定方法可分为现场试验和室内试验。岩体原位直剪试验是岩体力学现场试验中常用的方法，它又可分为岩体本身、岩体沿结构面及岩体与混凝土接触面剪切三种。每种试验又可细分为抗剪断试验、摩擦试验及抗切试验。其测试方法弥补了室内直接试验试样尺寸较小、原始应力状态不一致的问题。现场测试所得的参数与室内试验结果相比，更能符合岩体的实际情况，但其设备笨重、操作复杂、工期长、费用高，实际工程中通常不可能作大量试验。

岩体抗剪强度参数室内测定方法有常规三轴试验、压剪试验和直剪试验。以室内试验为主的岩体力学强度参数测定相比现场试验操作简单、耗时短，成为获取岩体抗剪强度参数的主要手段，但依旧有其缺点。常规三轴试验较直剪、压剪试验耗时长、操作复杂且价格昂贵。现有岩石室内直剪、压剪试验所需试件数量较多，制作不易，耗费材料，且准确度有待提高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种岩石粘聚力和内摩擦角测试装置及方法，其装置结构简单、操作方便、节省试件、经济适用、适用广泛。

一种岩石粘聚力和内摩擦角测试装置及方法，其技术方案为：

包括滚珠承压板、上剪切盒、下剪切盒和剪切头，所述装置进行岩石粘聚力和内摩擦角测试时，与岩石室内直剪仪配合完成测试工作；

所述上剪切盒底部中央设有剪切头卡槽，剪切头卡槽的长度、宽度与剪切头的长度、宽度一致，剪切头卡槽深度略小于剪切头的高度；

所述下剪切盒呈“L”形，其高度等于或略小于所测试的岩石试件的高度，根据岩石试件规格进行加工制作，防止施加法向压力时上剪切盒与下剪切盒接触受力；

所述剪切头嵌于上剪切盒底部中央的剪切头卡槽中，剪切头底面长度为a，宽度为b，剪切头底面有两个向外凸起的齿部，齿部高度为h、齿部角度为α，两个齿部的距离为d。

所述上剪切盒的中央设置有螺栓孔，螺栓孔直径小于剪切头宽度。剪切头磨损后，使用螺栓从上剪切盒上部拧入，挤出剪切头进行更换。

使用该装置进行岩石粘聚力和内摩擦角测试装置时，包括以下步骤：

步骤1、岩石试件加工制作