用于純剪切試驗的巖塊試件及巖石純剪切試驗方法
【專利摘要】用于純剪切試驗的巖塊試件，其本體的上端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第一圓環(huán)形凹槽，本體的下端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第二圓環(huán)形凹槽，第一圓環(huán)形凹槽的寬度及內(nèi)圈直徑與第二圓環(huán)形凹槽的寬度及內(nèi)圈直徑相同，第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距H為10～40mm，第一圓環(huán)形凹槽將本體的上部段分割成位于中心部位的第一圓臺和環(huán)繞第一圓臺的第一環(huán)形體，第二圓環(huán)形凹槽將本體的下部段分割成位于中心部位的第二圓臺和環(huán)繞第二圓臺的第二環(huán)形體。巖石的純剪切試驗方法，是將被測巖石制作成上述用于純剪切試驗的巖塊試件，然后將巖塊試件放在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上，通過對巖塊試件加載壓力使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞。
【專利說明】用于純剪切試驗的巖塊試件及巖石純剪切試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖石剪切強度測試領(lǐng)域，特別涉及用于純剪切試驗的巖塊試件及純剪切試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石剪切強度是工程建設(shè)中的基礎(chǔ)參數(shù)。目前用于測試巖石剪切強度的方法有直接剪切試驗、三軸剪切試驗、楔形剪切(或稱為傾斜剪切)試驗、單面剪切試驗、雙面剪切試驗及沖孔剪切試驗等。直接剪切試驗、三軸剪切試驗、楔形剪切試驗等方法是最常應(yīng)用的，但均無法實現(xiàn)真正的純剪切(即被剪切面上僅有單一的剪應(yīng)力)。單面剪切和雙面剪切不僅對試驗機要求高，只有專門的剪切試驗機才能進行該試驗，且仍難以實現(xiàn)真正的純剪試驗。沖孔剪切試驗是在圓臺形巖塊試件頂面墊一個剪切板，在圓臺形巖塊試件底面放一個剪切圓環(huán)，通過對剪切板施加沖擊力，使巖塊試件發(fā)生剪切破壞。該方法存在以下問題:(1)在剪切過程中剪切板和剪切圓環(huán)與巖塊試件的表面接觸部位會存在較大的壓縮應(yīng)力集中區(qū)，從而導(dǎo)致剪切部位受壓出現(xiàn)屈服破壞區(qū)，并且在沖剪過程中還易形成彎矩，整個應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，不能確保破壞沿預(yù)定加載方向發(fā)展，保證剪切面的應(yīng)力為純剪切應(yīng)力。(2)沖孔剪切試驗在沖擊過程中通常要求具有一定的沖擊速率(通常大于7mm/s)，這使得對試驗設(shè)備的性能要求較高，測試難度增大，普通試驗機難以滿足測試要求；即便試驗設(shè)備能滿足剪切所需的沖擊速率，仍難確保形成有效剪切沖孔，因此該方法在巖石剪切試驗中很難見到應(yīng)用。因此，如何便捷、有效獲得巖石的純剪切強度，仍是目前試驗測試和研究的難點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供用于純剪切試驗的新型巖塊試件及純剪切試驗方法，以便在現(xiàn)有常規(guī)巖石力學(xué)試驗機上便捷、有效地進行巖石的剪切強度測試，獲得巖石的純剪切強度。
[0004]本發(fā)明所述用于純剪切試驗的巖塊試件，有以下兩種，但它們屬于一個總的構(gòu)思。
[0005]1、第一種用于純剪切試驗的巖塊試件
[0006]該用于純剪切試驗的巖塊試件的本體為圓柱形或正四棱柱形，所述本體的上端面與下端面平行，本體的上端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第一圓環(huán)形凹槽，本體的下端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第二圓環(huán)形凹槽，第一圓環(huán)形凹槽的寬度及內(nèi)圈直徑與第二圓環(huán)形凹槽的寬度及內(nèi)圈直徑相同，第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距Η為10mm?40mm,所述第一圓環(huán)形凹槽將本體的上部段分割成位于中心部位的第一圓臺和環(huán)繞第一圓臺的第一環(huán)形體，所述第二圓環(huán)形凹槽將本體的下部段分割成位于中心部位的第二圓臺和環(huán)繞第二圓臺的第二環(huán)形體，第一圓臺與第二圓臺的直徑相同，第一圓臺的端面和第一環(huán)形體的端面位于同一平面，第二圓臺的端面和第二環(huán)形體的端面位于同一平面。所述第一圓臺的端面與第二環(huán)形體的端面為被施力處或第二圓臺的端面與第一環(huán)形體的端面為被施力處。
[0007]上述用于純剪切試驗的巖塊試件，其第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距Η優(yōu)選20mm?30mm。
[0008]上述用于純剪切試驗的巖塊試件，其第一圓臺和第二圓臺的直徑d是圓柱形本體的直徑D或正四棱柱形本體的邊長L的1/4?1/2 ;第一圓環(huán)形凹槽和第二圓環(huán)形凹槽的寬度b為2mm?8mm,第一圓環(huán)形凹槽的深度比為10mm?40mm,第二圓環(huán)形凹槽的深度h2為 10mm ?40mm η
[0009]上述用于純剪切試驗的巖塊試件，其第一圓環(huán)形凹槽和第二圓環(huán)形凹槽的寬度b優(yōu)選3mm?5mm,第一圓環(huán)形凹槽的深度h優(yōu)選20mm?30mm,第二圓環(huán)形凹槽的深度h2優(yōu)選 20mm ?30mm。
[0010]2、第二種用于純剪切試驗的巖塊試件
[0011]該用于純剪切試驗的巖塊試件的本體為圓柱形或正四棱柱形，所述本體的上端面與下端面平行，所述本體的上端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第一圓環(huán)形凹槽，本體的下端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第二圓環(huán)形凹槽，第一圓環(huán)形凹槽的寬度及內(nèi)圈直徑與第二圓環(huán)形凹槽的寬度及內(nèi)圈直徑相同，第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距Η為10mm?40mm，所述第一圓環(huán)形凹槽將本體的上部段分割成位于中心部位的第一圓臺和環(huán)繞第一圓臺的第一環(huán)形體，所述第二圓環(huán)形凹槽將本體的下部段分割成位于中心部位的第二圓臺和環(huán)繞第二圓臺的第二環(huán)形體，第一圓臺與第二圓臺的直徑相同，第一圓臺的端面高于第一環(huán)形體的端面，第二圓臺的端面低于第二環(huán)形體的端面。所述第一圓臺的端面與第二環(huán)形體的端面為被施力處。
[0012]上述用于純剪切試驗的巖塊試件，其第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距Η優(yōu)選20mm?30mm。
[0013]上述用于純剪切試驗的巖塊試件，其第一圓臺和第二圓臺的直徑d是圓柱形本體的直徑D或正四棱柱形本體的邊長L的1/4?1/2 ;第一圓臺的高度匕為10?40mm，第一圓臺的端面與第一環(huán)形體的端面之間的間距h4不大于10mm ;第一圓環(huán)形凹槽和第二圓環(huán)形凹槽的寬度b為2mm?8mm。
[0014]上述用于純剪切試驗的巖塊試件,其第一圓臺的高度h3優(yōu)選20mm?30mm,第一圓環(huán)形凹槽和第二圓環(huán)形凹槽的寬度b優(yōu)選3mm?5mm。
[0015]本發(fā)明所述用于純剪切試驗的巖塊試件的制作方法:
[0016]將從現(xiàn)場采集的巖塊用巖石切割機或/和套鉆加工成圓柱形本體或正四棱柱形本體，然后用磨平機，把圓柱形本體或正四棱柱形本體的上下端面按《工程巖體試驗方法標準》中的巖石壓縮試驗試件端面加工精度要求進行加工，繼后用套鉆在圓柱形本體或正四棱柱形本體的上端面加工出以本體的中心為圓心的第一圓環(huán)形凹槽，在圓柱形本體或正四棱柱形本體的下端面加工出以本體的中心為圓心的第二圓環(huán)形凹槽，即形成第一種用于純剪切試驗的巖塊試件。在第一種用于純剪切試驗的巖塊試件的基礎(chǔ)上用巖石切割機切除部分第一環(huán)形體和部分第二圓臺，即形成第二種用于純剪切試驗的巖塊試件。
[0017]本發(fā)明所述巖石的純剪切試驗方法，是將被測巖石制作成上述第一種用于純剪切試驗的巖塊試件或第二種用于純剪切試驗的巖塊試件，然后按下述操作進行試驗。
[0018]1、使用第一種用于純剪切試驗的巖塊試件時，操作如下:
[0019]①在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上放置圓環(huán)形墊塊，所述圓環(huán)形墊塊的內(nèi)環(huán)面直徑小于巖塊試件中第二環(huán)形體的內(nèi)環(huán)面直徑、大于巖塊試件中第二圓臺的直徑，或所述圓環(huán)形墊塊的內(nèi)環(huán)面直徑小于巖塊試件中第一環(huán)形體的內(nèi)環(huán)面直徑、大于巖塊試件中第一圓臺的直徑，所述圓環(huán)形墊塊的外環(huán)面直徑大于巖塊試件本體的直徑或邊長；
[0020]②將巖塊試件放置在圓環(huán)形墊塊上，使巖塊試件的中心線與圓環(huán)形墊塊的中心線重合，第二環(huán)形體端面與圓環(huán)形墊塊的端面接觸，或第一環(huán)形體的端面與圓環(huán)形墊塊的端面接觸；
[0021 ] ③在巖塊試件中的第一圓臺端面上放置圓臺形墊塊，或在巖塊試件中的第二圓臺端面上放置圓臺形墊塊，所述圓臺形墊塊的直徑大于第一圓臺的直徑、小于第一環(huán)形體內(nèi)環(huán)面的直徑，或所述圓臺形墊塊的直徑大于第二圓臺的直徑、小于第二環(huán)形體的內(nèi)環(huán)面的直徑，圓臺形墊塊的中心線與巖塊試件的中心線重合；
[0022]④操作巖石力學(xué)試驗機，通過圓臺形墊塊與圓環(huán)形墊塊對巖塊試件加載壓力，SP可使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞。
[0023]2、使用第二種用于純剪切試驗的巖塊試件時，操作如下:
[0024]①將巖塊試件放置在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上，使巖塊試件中第二環(huán)形體端面與試驗臺接觸；
[0025]②操作巖石力學(xué)試驗機，通過巖塊試件中的第一圓臺端面和第二環(huán)形體端面對巖塊試件加載壓力，即可使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞。
[0026]使用本發(fā)明所述用于純剪切試驗的巖塊試件和試驗方法對巖石進行剪切強度測試時，第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的圓環(huán)形部段承受純剪切力，巖塊試件的純剪切破壞發(fā)生在此處(見圖9)。
[0027]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0028]1、本發(fā)明所述用于純剪切試驗的巖塊試件為新型試件，為巖石的剪切強度測試增加了試件類型。
[0029]2、使用本發(fā)明所述用于純剪切試驗的巖塊試件及試驗方法，在現(xiàn)有常規(guī)巖石力學(xué)試驗機上可便捷、有效地進行巖石的剪切強度測試，獲得巖石的純剪切強度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的試驗方法難以實現(xiàn)真正的純剪切及對測試設(shè)備具有特定要求的難題。
[0030]3、本發(fā)明所述用于純剪切試驗的巖塊試件結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明所述用于純剪切試驗的巖塊試件的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是圖1的一種俯視圖；
[0033]圖3是圖1的另一種俯視圖；
[0034]圖4是本發(fā)明所述用于純剪切試驗的巖塊試件的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5是圖4的一種俯視圖；
[0036]圖6是圖4的另一種俯視圖；
[0037]圖7是圖1所述用于純剪切試驗的巖塊試件在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上的安裝不意圖和加載圖；
[0038]圖8是圖4所述用于純剪切試驗的巖塊試件在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上的安裝不意圖和加載圖；
[0039]圖9是巖塊試件發(fā)生純剪切破壞的示意圖。
[0040]圖中，1 一巖塊試件的本體，2—第一圓臺，3—第一圓環(huán)形凹槽，4一第一環(huán)形體，5—第二圓環(huán)形凹槽，6—第二圓臺，7—第二環(huán)形體，Η—第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距，d—第一圓臺和第二圓臺的直徑，D —圓柱形本體的直徑，L一正四棱柱形本體的邊長，匕一第一圓環(huán)形凹槽的深度，h2—第二圓環(huán)形凹槽的深度，h3—第一圓臺的高度，h4—第一圓臺的端面與第一環(huán)形體的端面之間的間距，b—第一圓環(huán)形凹槽和第二圓環(huán)形凹槽的寬度。
【具體實施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明所述用于純剪切試驗的巖塊試件及純剪切試驗方法作進一步說明。下述各實施例中，純剪切試驗所用試驗設(shè)備為MTS815巖石力學(xué)試驗機，加載速率可用 0.001mm/s、0.01mm/s、0.lmm/s、lmm/s、5mm/s、7mm/s。
[0042]實施例1
[0043]本實施例中，用于純剪切試驗的巖塊試件如圖1、圖2所示，其本體1為圓柱形，所述本體的上端面與下端面平行，本體1的上端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第一圓環(huán)形凹槽3，本體1的下端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第二圓環(huán)形凹槽5，所述第一圓環(huán)形凹槽將本體的上部段分割成位于中心部位的第一圓臺2和環(huán)繞第一圓臺的第一環(huán)形體4，所述第二圓環(huán)形凹槽將本體的下部段分割成位于中心部位的第二圓臺6和環(huán)繞第二圓臺的第二環(huán)形體7，第一圓臺2的端面和第一環(huán)形體4的端面位于同一平面，第二圓臺6的端面和第二環(huán)形體7的端面位于同一平面。試件各部分的尺寸如下:
[0044]本體1的直徑D為50mm，第一圓環(huán)形凹槽3的寬度=第二圓環(huán)形凹槽5的寬度=2mm,第一圓環(huán)形凹槽3的深度h =第二圓環(huán)形凹槽5的深度h2 = 10mm,第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距H = 10mm,第一圓臺2的直徑=第二圓臺6的直徑=25mm(第一圓臺2的直徑也是第一圓環(huán)形凹槽3的內(nèi)圈直徑，第二圓臺6的直徑也是第二圓環(huán)形凹槽7的內(nèi)圈直徑)。
[0045]用上述試件進行純剪切試驗操作如下:
[0046]①在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上放置圓環(huán)形墊塊9，所述圓環(huán)形墊塊的內(nèi)環(huán)面直徑為27mm,外環(huán)面直徑為55mm ；
[0047]②將巖塊試件放置在圓環(huán)形墊塊9上，使巖塊試件的中心線與圓環(huán)形墊塊9的中心線重合，第二環(huán)形體7端面與圓環(huán)形墊塊9的端面接觸(見圖7);
[0048]③在巖塊試件中的第一圓臺2端面上放置圓臺形墊塊8，所述圓臺形墊塊8的直徑為27mm,圓臺形墊塊8的中心線與巖塊試件的中心線重合(見圖7)；
[0049]④操作巖石力學(xué)試驗機，通過圓臺形墊塊8與圓環(huán)形墊塊9對巖塊試件加載壓力(見圖7)，即可使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞(見圖9)，加載速率為0.0Olmm/s，所加最大載荷為 F = lOkNo
[0050]從圖7可以看出，第一圓臺2的端面與第二環(huán)形體7的端面為被施力處，被測巖石的純剪切應(yīng)力(強度)的計算方法如下:
F10:-:1000//
[0051]Γ = -= --r =1-^:MPa
+Λ￥ 3.1415926 > 25 ? lOran*
[0052]實施例2
[0053]本實施例中，用于純剪切試驗的巖塊試件如圖1、圖2所示，與實施例1不同之處是試件各部分的尺寸。本實施例中，試件各部分的尺寸如下:
[0054]本體1的直徑D為90mm，第一圓環(huán)形凹槽3的寬度=第二圓環(huán)形凹槽5的寬度=3mm,第一圓環(huán)形凹槽3的深度h =第二圓環(huán)形凹槽5的深度h2 = 20mm,第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距H = 20mm,第一圓臺2的直徑=第二圓臺6的直徑=38mm0
[0055]用上述試件進行純剪切試驗操作如下:
[0056]①在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上放置圓環(huán)形墊塊9，所述圓環(huán)形墊塊的內(nèi)環(huán)面直徑為41mm,外環(huán)面直徑為95mm ；
[0057]②將巖塊試件放置在圓環(huán)形墊塊9上，使巖塊試件的中心線與圓環(huán)形墊塊9的中心線重合，第二環(huán)形體7端面與圓環(huán)形墊塊9的端面接觸(見圖7);
[0058]③在巖塊試件中的第一圓臺2端面上放置圓臺形墊塊8，所述圓臺形墊塊(8)的直徑為41_，圓臺形墊塊8的中心線與巖塊試件的中心線重合(見圖7)；
[0059]④操作巖石力學(xué)試驗機，通過圓臺形墊塊8與圓環(huán)形墊塊9對巖塊試件加載壓力(見圖7)，加載速率為0.0lmm/s，所加最大載荷為F = 35kN,即可使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞(見圖9)。
[0060]從圖7可以看出，第一圓臺2的端面與第二環(huán)形體7的端面為被施力處，被測巖石的純剪切應(yīng)力(強度)的計算方法如下:
F35 κ 1000#,.…_
[0061]t — ~777=~~~———~——r =14.66X'iPa
τ?Η 3,1415926 χ 38 χ 20ικτΓ
[0062]實施例3
[0063]本實施例中，用于純剪切試驗的巖塊試件如圖1、圖3所示，與實施例1不同之處是:本體1為正四棱柱形及試件各部分的尺寸。本實施例中，試件各部分的尺寸如下:
[0064]本體1的邊長L為120mm，第一圓環(huán)形凹槽3的寬度=第二圓環(huán)形凹槽5的寬度=8mm,第一圓環(huán)形凹槽3的深度h = 25mm,第二圓環(huán)形凹槽5的深度h2 = 30mm,第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距H = 30mm,第一圓臺2的直徑=第二圓臺6的直徑=30mm。
[0065]用上述試件進行純剪切試驗操作如下:
[0066]①在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上放置圓環(huán)形墊塊9，所述圓環(huán)形墊塊的內(nèi)環(huán)面直徑為38mm,外環(huán)面直徑為180mm ；
[0067]②將巖塊試件放置在圓環(huán)形墊塊9上，使巖塊試件的中心線與圓環(huán)形墊塊9的中心線重合，第二環(huán)形體7端面與圓環(huán)形墊塊9的端面接觸(見圖7);
[0068]③在巖塊試件中的第一圓臺2端面上放置圓臺形墊塊8，所述圓臺形墊塊(8)的直徑為38_，圓臺形墊塊8的中心線與巖塊試件的中心線重合(見圖7)；
[0069]④操作巖石力學(xué)試驗機，通過圓臺形墊塊8與圓環(huán)形墊塊9對巖塊試件加載(見圖7)，即可使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞(見圖9)，加載速率為0.lmm/s，所加最大載荷為F=37kN。
[0070]從圖7可以看出，第一圓臺2的端面與第二環(huán)形體7的端面為被施力處，被測巖石的純剪切應(yīng)力(強度)的計算方法如下:
「 ^f3? > 1000//_
[0071]r = ——=——-Γ =1?.09 MPa
ΛΜ 3.1415926 ) 30 χ 30rar
[0072]實施例4
[0073]本實施例中，用于純剪切試驗的巖塊試件如圖4、圖5所示，其本體1為圓柱形，所述本體的上端面與下端面平行，本體1的上端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第一圓環(huán)形凹槽3，本體1的下端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第二圓環(huán)形凹槽5，所述第一圓環(huán)形凹槽將本體的上部段分割成位于中心部位的第一圓臺2和環(huán)繞第一圓臺的第一環(huán)形體4，所述第二圓環(huán)形凹槽將本體的下部段分割成位于中心部位的第二圓臺6和環(huán)繞第二圓臺的第二環(huán)形體7，第一圓臺2的端面高于第一環(huán)形體4的端面，第二圓臺6的端面低于第二環(huán)形體7的端面。試件各部分的尺寸如下:
[0074]本體1的直徑為100mm，第一圓環(huán)形凹槽3的寬度=第二圓環(huán)形凹槽5的寬度=5mm,第一圓臺2的直徑=第二圓臺6的直徑=50mm,第一圓臺的高度h3為40mm,第一圓臺的端面與第一環(huán)形體的端面之間的間距比為5mm，第二圓環(huán)形凹槽5的深度h2 = 35mm，第二圓臺的高度為25mm，第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距H = 40mm。
[0075]用上述試件進行純剪切試驗操作如下:
[0076]①將巖塊試件放置在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上，使巖塊試件中第二環(huán)形體7端面與試驗臺接觸(見圖8)；
[0077]②操作巖石力學(xué)試驗機，通過巖塊試件中的第一圓臺2端面和第二環(huán)形體7端面對巖塊試件加載壓力(見圖8)，即可使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞，加載速率為5mm/s，所加最大載荷為F = 75kN。
[0078]從圖8可以看出，第一圓臺2的端面與第二環(huán)形體7的端面為被施力處，被測巖石的純剪切應(yīng)力(強度)的計算方法如下:
「 nF75 κ 1000#^
[0079]Γ = -=-r
3, M1S92S x 50 x 40m**
[0080]實施例5
[0081]本實施例中，用于純剪切試驗的巖塊試件如圖4、圖6所示，與實施例1不同之處是:本體1為正四棱柱形及試件各部分的尺寸。本實施例中，試件各部分的尺寸如下:
[0082]本體1的邊長為80mm，第一圓環(huán)形凹槽3的寬度=第二圓環(huán)形凹槽5的寬度=3mm,第一圓臺2的直徑=第二圓臺6的直徑=38mm,第一圓臺的高度h3為16mm,第一圓臺的端面與第一環(huán)形體的端面之間的間距比為6mm，第二圓環(huán)形凹槽5的深度h2 = 40mm，第二圓臺的高度為20mm，第一圓環(huán)形凹槽底部與第二圓環(huán)形凹槽底部之間的間距H = 25mm,
[0083]用上述試件進行純剪切試驗操作如下:
[0084]①將巖塊試件放置在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上，使巖塊試件中第二環(huán)形體7端面與試驗臺接觸(見圖8)；
[0085]②操作巖石力學(xué)試驗機，通過巖塊試件中的第一圓臺2端面和第二環(huán)形體7端面對巖塊試件加載壓力(見圖8)，即可使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞，加載速率為7mm/s，所加最大載荷為F = 40kN。
[0086]從圖8可以看出，第一圓臺2的端面與第二環(huán)形體7的端面為被施力處，被測巖石的純剪切應(yīng)力(強度)的計算方法如下:
Γ ^F40 ) 1000#
[0087] Τ —-Γ =L'~Mj]vIPa
Mff 3,1415926 - 38 ' 25mr
【權(quán)利要求】
1.一種用于純剪切試驗的巖塊試件，該巖塊試件的本體(I)為圓柱形或正四棱柱形，所述本體的上端面與下端面平行，其特征在于所述本體(I)的上端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第一圓環(huán)形凹槽(3)，本體(I)的下端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第二圓環(huán)形凹槽(5)，第一圓環(huán)形凹槽(3)的寬度及內(nèi)圈直徑與第二圓環(huán)形凹槽(5)的寬度及內(nèi)圈直徑相同，第一圓環(huán)形凹槽⑶底部與第二圓環(huán)形凹槽(5)底部之間的間距⑶為1mm?40mm，所述第一圓環(huán)形凹槽將本體的上部段分割成位于中心部位的第一圓臺(2)和環(huán)繞第一圓臺的第一環(huán)形體(4)，所述第二圓環(huán)形凹槽將本體的下部段分割成位于中心部位的第二圓臺(6)和環(huán)繞第二圓臺的第二環(huán)形體(7)，第一圓臺(2)與第二圓臺(6)的直徑相同，第一圓臺(2)的端面和第一環(huán)形體(4)的端面位于同一平面，第二圓臺￠)的端面和第二環(huán)形體(7)的端面位于同一平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于純剪切試驗的巖塊試件，其特征在于第一圓環(huán)形凹槽(3)底部與第二圓環(huán)形凹槽(5)底部之間的間距(H)為20mm?30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于純剪切試驗的巖塊試件，其特征在于第一圓臺(2)和第二圓臺(6)的直徑(d)是圓柱形本體的直徑(D)或正四棱柱形本體的邊長(L)的1/4?1/2 ;第一圓環(huán)形凹槽(3)和第二圓環(huán)形凹槽(5)的寬度(b)為2mm?8mm,第一圓環(huán)形凹槽⑶的深度Oi1)為1mm?40mm,第二圓環(huán)形凹槽(5)的深度(h2)為1mm?40mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于純剪切試驗的巖塊試件，其特征在于第一圓環(huán)形凹槽(3)和第二圓環(huán)形凹槽(5)的寬度(b)為3mm?5mm,第一圓環(huán)形凹槽(3)的深度Oi1)為20mm?30mm,第二圓環(huán)形凹槽(5)的深度(h2)為20mm?30mm。
5.一種用于純剪切試驗的巖塊試件，該巖塊試件的本體(I)為圓柱形或正四棱柱形，所述本體的上端面與下端面平行，其特征在于所述本體(I)的上端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第一圓環(huán)形凹槽(3)，本體(I)的下端面設(shè)置有以本體的中心為圓心的第二圓環(huán)形凹槽(5)，第一圓環(huán)形凹槽(3)的寬度及內(nèi)圈直徑與第二圓環(huán)形凹槽(5)的寬度及內(nèi)圈直徑相同，第一圓環(huán)形凹槽⑶底部與第二圓環(huán)形凹槽(5)底部之間的間距⑶為1mm?40mm，所述第一圓環(huán)形凹槽將本體的上部段分割成位于中心部位的第一圓臺(2)和環(huán)繞第一圓臺的第一環(huán)形體(4)，所述第二圓環(huán)形凹槽將本體的下部段分割成位于中心部位的第二圓臺(6)和環(huán)繞第二圓臺的第二環(huán)形體(7)，第一圓臺(2)與第二圓臺(6)的直徑相同，第一圓臺(2)的端面高于第一環(huán)形體(4)的端面，第二圓臺(6)的端面低于第二環(huán)形體(7)的端面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于純剪切試驗的巖塊試件，其特征在于第一圓環(huán)形凹槽(3)底部與第二圓環(huán)形凹槽(5)底部之間的間距(H) 20mm?30mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述用于純剪切試驗的巖塊試件，其特征在于第一圓臺(2)和第二圓臺出)的直徑(d)是圓柱形本體的直徑(D)或正四棱柱形本體的邊長(L)的1/4?1/2,第一圓臺的高度(h3)為10?40mm,第一圓臺的端面與第一環(huán)形體(4)的端面之間的間距(h4)不大于1mm;第一圓環(huán)形凹槽(3)和第二圓環(huán)形凹槽(5)的寬度(b)為2mm?8mm η
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述用于純剪切試驗的巖塊試件，其特征在于第一圓臺的高度(h3)為20mm?30mm,第一圓環(huán)形凹槽(3)和第二圓環(huán)形凹槽(5)的寬度(b)為3mm?5mm。
9.一種巖石的純剪切試驗方法，其特征在于將被測巖石制作成權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述巖塊試件，操作如下: ①在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上放置圓環(huán)形墊塊(9)，所述圓環(huán)形墊塊的內(nèi)環(huán)面直徑小于巖塊試件中第二環(huán)形體(7)的內(nèi)環(huán)面直徑、大于巖塊試件中第二圓臺(6)的直徑，或所述圓環(huán)形墊塊的內(nèi)環(huán)面直徑小于巖塊試件中第一環(huán)形體(4)的內(nèi)環(huán)面直徑、大于巖塊試件中第一圓臺(2)的直徑，所述圓環(huán)形墊塊的外環(huán)面直徑大于巖塊試件本體的直徑或邊長； ②將巖塊試件放置在圓環(huán)形墊塊(9)上，使巖塊試件的中心線與圓環(huán)形墊塊(9)的中心線重合，第二環(huán)形體(7)端面與圓環(huán)形墊塊(9)的端面接觸，或第一環(huán)形體(4)的端面與圓環(huán)形墊塊(9)的端面接觸； ③在巖塊試件中的第一圓臺(2)端面上放置圓臺形墊塊(8)，或在巖塊試件中的第二圓臺(6)端面上放置圓臺形墊塊(8)，所述圓臺形墊塊(8)的直徑大于第一圓臺(2)的直徑、小于第一環(huán)形體(4)內(nèi)環(huán)面的直徑，或所述圓臺形墊塊(8)的直徑大于第二圓臺(6)的直徑、小于第二環(huán)形體(7)的內(nèi)環(huán)面的直徑，圓臺形墊塊(8)的中心線與巖塊試件的中心線重合； ④操作巖石力學(xué)試驗機，通過圓臺形墊塊(8)與圓環(huán)形墊塊(9)對巖塊試件加載壓力，即可使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞。
10.一種巖石的純剪切試驗方法，其特征在于將被測巖石制作成權(quán)利要求5至8中任一權(quán)利要求所述巖塊試件，操作如下: ①將巖塊試件放置在巖石力學(xué)試驗機的試驗臺上，使巖塊試件中第二環(huán)形體(7)端面與試驗臺接觸； ②操作巖石力學(xué)試驗機，通過巖塊試件中的第一圓臺(2)端面和第二環(huán)形體(7)端面對巖塊試件加載壓力，即可使巖塊試件發(fā)生純剪切破壞。
【文檔編號】G01N3/24GK104297027SQ201410532288
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】劉建鋒, 鄧建輝, 王璐, 裴建良, 向詠, 李林芮, 邊宇, 徐慧寧, 周志威 申請人:四川大學(xué)