[发明专利]一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置

说明书

本发明公开一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置，包括：反力框架，以及设于反力框架上的液压加载系统、变角剪切试验模块和变角三轴试验模块，可进行无侧向围压条件下的岩样变角压剪试验、无侧向围压条件下的岩样变角拉剪试验、有侧向围压条件下的岩样变角剪切试验、立方体岩样变角三轴试验、真三轴应力条件下小尺度岩块的“先加载、后开挖”应力路径模拟试验。简化了试验机加载结构，减少了加载油缸数量，增强了多类型试验开展的简易性，能够满足多重功能的有效集成，实现一机多用。

技术领域

本发明涉及岩石室内试验技术领域，特别是涉及一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着交通、能源、水利水电等领域基础设施的不断修建，岩石工程占据比例持续增加，伴随着工程建设环境向西部山区和深层地下空间转移，岩体所处应力环境与破坏形式日趋复杂，边坡滑坡、崩塌，隧道塌方、岩爆等诸多灾害类型为工程的安全建设带来了严重威胁。揭示复杂应力条件下的岩体破坏灾变机理是岩体稳定性分析与灾害监测预警的前提，而岩石室内试验则是灾变机理研究的重要手段。

剪切破坏是岩石最为常见破坏类型之一，针对该类破坏，目前主要采用直剪试验和三轴试验的方式，而上述两种试验均主要关注压剪应力状态，然而随着浅埋超大跨度隧道和深埋超长隧道的不断涌现，拉剪应力状态造成的岩体破坏不断增多，但目前仍缺少能够高效开展岩石拉剪破坏的试验装备。

另外，目前现有的剪切试验装备无论是直接剪切试验或是变角剪切试验，均受限于试验机结构与试验技术，均无法实现侧向围压条件下的剪切试验开展，进而造成试验现象、结果与实际工程岩体破坏存在一定的差异，具体体现在岩石黏聚力参数与三轴试验测量结果相比较小。

尽管现有的真三轴试验机能够提供较为接近原始地应力的试验条件，但该装置结构复杂且生产成本昂贵，试验过程相对繁琐，不利于岩石剪切参数的快速获取，试验简易性及工程实用性方面弱于直接剪切试验。

针对岩石破坏过程多元信息监测，传统真三轴试验机六面加载结构形式较为封闭，以三轴加载条件下含孔洞岩样内部破坏实时观察为例，现有真三轴试验机结构不便于孔内摄像仪、红外热像仪等装置的安装，光学监测信息捕捉难度较大。

除此之外，传统的真三轴试验机利用预制孔洞岩样进行超载破坏仅能模拟“先开挖、后加载”的应力路径，与真实隧道开挖过程不符，“先加载、后开挖”应力路径模拟目前仅能通过大尺度的模型试验，试验成本高、施作周期长，难以开展大量工况的试验研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置，简化试验机加载结构，减少加载油缸数量，增强了多类型试验开展的简易性，能够满足多重功能的有效集成，具体功能包括：有/无围压条件下的压剪试验、拉剪试验，有/无预制孔洞立方体岩样的真三轴试验，真三轴应力条件下的完整立方体岩样开挖模拟试验等，从而实现一机多用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置，包括：反力框架，以及设于反力框架上的液压加载系统、变角剪切试验模块和变角三轴试验模块；

所述液压加载系统包括设于反力框架顶部的竖直双向加载油缸和设于反力框架两侧的第一水平单向加载油缸和第二水平单向加载油缸；

所述变角剪切试验模块包括底部承台、第一变角剪切构件和第二变角剪切构件；底部承台设于反力框架的底部，底部承台上通过连接件连接第二变角剪切构件，第一变角剪切构件通过连接件连接至竖直双向加载油缸；