[发明专利]一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置及方法

说明书

一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置及方法，装置包括上半剪切盒、下半剪切盒、拉压两用传力件、反力杆件、反力垫块、法向及剪切变形测量组件。方法为：在试验机底端作动器活塞杆上固装反力垫块和下半剪切盒，在下半剪切盒与试验机前端及右端作动器活塞杆之间连接反力杆件；在试样安装槽内表面涂抹耐油硅胶；将岩石试样放入下试样安装槽内并保证耐油硅胶均匀挤出；将上半剪切盒扣到下半剪切盒上，使岩石试样进入上试样安装槽内并保证耐油硅胶均匀挤出；在上半剪切盒与试验机顶端、左端及后端作动器活塞杆之间连接拉压两用传力件；在上下半剪切盒之间安装法向及剪切变形测量组件；依次对岩石试样施加法向拉/压应力和剪切力。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，特别是涉及一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置及方法。

背景技术

工程岩体中普遍发育不同产状、不同类型的结构面，其会很大程度的影响岩体的稳定性。大量的工程实践表明，岩体的破坏与结构面的抗剪强度有关，因此对结构面力学特性、抗剪强度的研究及参数的合理选取是分析评价层状岩体稳定性的前提与基础。

研究结构面剪切力学特征，最常用的方法是室内二维直剪试验。虽然地下岩体处于三维应力状态，但目前的结构面直剪试验仍主要局限于二维力学特性研究，对三维应力复杂加载路径下结构面的力学特性研究尚无系统成果发表。

目前的循环三维接触面剪切仪主要针对砂土-钢板、粗粒土-结构接触面，对于结构面硬岩三维力学特性的研究还没有开展，而且其主要集中于常应力、常位移和常刚度法向边界条件，却很少涉及常拉应力法向边界条件的研究。

因此，考虑到目前二维直剪试验存在的不足，研发一种能够模拟结构面硬岩在三维应力条件下的剪切失效行为的试验装置及方法十分必要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置及方法，在配合三刚型真三轴压缩试验机时，能够满足在三维应力条件下进行岩石直接剪切试验，可将法向拉/压应力和两方向剪切力作用在试样上，即可实现常应力、常位移、常刚度等法向边界条件；剪切方向可实现位移和应力两种切向控制方式，可施加单调和往返加载、十字加载、圆形加载以及更为复杂的自定义切向加载路径；可通过法向变形测量组件和剪切变形测量组件跟踪测量剪切试验过程中岩石试样的失效变形情况，以此获得最接近真实地应力环境下的岩体拉/压剪切力学特性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置，包括上半剪切盒、下半剪切盒、拉压两用传力件、反力杆件、反力垫块、法向变形测量组件和剪切变形测量组件；所述拉压两用传力件的数量为三个，分别记为第一拉压两用传力件、第二拉压两用传力件及第三拉压两用传力件；所述反力杆件的数量为两个，分别记为第一反力杆件和第二反力杆件；所述反力垫块的数量为一个；在所述上半剪切盒的下表面中部开设有上试样安装槽，在上半剪切盒的上表面中部设置有第一转接凸块，在上半剪切盒的左侧外端面设置有第二转接凸块，在上半剪切盒的后侧外端面设置有第三转接凸块；在所述下半剪切盒的上表面中部开设有下试样安装槽，在下半剪切盒的前侧外端面设置有第四转接凸块，在下半剪切盒的右侧外端面设置有第五转接凸块；所述第一拉压两用传力件固连在上半剪切盒的第一转接凸块与试验机顶端作动器活塞杆之间；所述第二拉压两用传力件固连在上半剪切盒的第二转接凸块与试验机左端作动器活塞杆之间；所述第三拉压两用传力件固连在上半剪切盒的第三转接凸块与试验机后端作动器活塞杆之间；所述第一反力杆件固连在下半剪切盒的第四转接凸块与试验机前端作动器活塞杆之间；所述第二反力杆件固连在下半剪切盒的第五转接凸块与试验机右端作动器活塞杆之间；所述反力垫块固连在下半剪切盒与试验机底端作动器活塞杆之间；所述法向变形测量组件连接在上半剪切盒与下半剪切盒之间且竖直方向布置；所述剪切变形测量组件连接在上半剪切盒与下半剪切盒之间且水平方向布置。