一種巖石結(jié)構(gòu)面剪切方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖石結(jié)構(gòu)面的剪切，具體涉及一種巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石結(jié)構(gòu)面是邊坡工程、壩基工程、采礦工程中普遍存在的介質(zhì)，巖體內(nèi)部大量不連續(xù)面影響并決定巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，通過(guò)剪切試驗(yàn)來(lái)了解巖石結(jié)構(gòu)面的力學(xué)及其變形特征，為各種巖體工程的設(shè)計(jì)及其建造提供重要的依據(jù)。
[0003]剪切強(qiáng)度試驗(yàn)分為非限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)和限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。非限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)在剪切面上只有剪應(yīng)力存在，沒(méi)有正應(yīng)力存在;限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)在剪切面上除了剪應(yīng)力外，還存在正應(yīng)力。較為常用的為限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)，由于施加法向壓力的壓板與巖石試樣之間存在摩擦，因此所測(cè)剪切強(qiáng)度為巖石試樣實(shí)際剪切強(qiáng)度與壓板和試樣之間摩擦力之和。
[0004]由于沒(méi)有統(tǒng)一的剪切試驗(yàn)機(jī)的制造標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)了眾多巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，這些剪切裝置普遍是沿用巖石剪切裝置，同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，但是巖石結(jié)構(gòu)面剪切與單純的巖石剪切又存在不同之處，即巖石結(jié)構(gòu)面在剪切過(guò)程中，巖石結(jié)構(gòu)面試樣不僅在剪切方向會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，而且在法線方向也會(huì)產(chǎn)生向上的位移，即剪脹位移。普通的巖石剪切試驗(yàn)裝置由于施加剪力的壓板和巖塊表面直接接觸，壓板和巖塊表面之間的摩擦力較大，巖塊不能在壓板表面自由移動(dòng)，從而限制了結(jié)構(gòu)面巖塊的上下移動(dòng)，得到的巖石結(jié)構(gòu)面的剪脹位移量失真。因此，普通巖石剪切試驗(yàn)裝置不適用于研究巖石結(jié)構(gòu)面的剪脹特性。
[0005]傳統(tǒng)的巖石結(jié)構(gòu)面的剪切裝置均為單向剪切裝置，存在諸多的缺陷。一般限制巖石結(jié)構(gòu)面的下盤巖塊，即保持巖石結(jié)構(gòu)面的下盤巖塊不動(dòng)，而對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面的上盤巖塊的上表面施加法向壓力，同時(shí)對(duì)上盤巖塊的側(cè)面施加剪切力，使巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊在下盤巖塊基底上發(fā)生相對(duì)的剪切變形，通過(guò)分析剪切力和剪切位移的關(guān)系，得到巖石結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度和剪切力學(xué)特性。而巖體工程的失穩(wěn)過(guò)程往往表現(xiàn)為巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤的同時(shí)運(yùn)動(dòng)，如地震作用下巖石結(jié)構(gòu)面的錯(cuò)動(dòng)滑移。研究巖石結(jié)構(gòu)面上盤和下盤同時(shí)受剪時(shí)的力學(xué)特性需要研制巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切的試驗(yàn)裝置。
[0006]此外，目前眾多的實(shí)驗(yàn)均未涉及到不同溫度條件下巖石剪切試驗(yàn)機(jī)的研制。巖石在不同溫度條件下表現(xiàn)出不同的巖石力學(xué)性質(zhì)，在不同溫度條件下巖石結(jié)構(gòu)面剪切必將呈現(xiàn)出不同的力學(xué)性質(zhì)及剪張效應(yīng)，故研究巖石剪切強(qiáng)度應(yīng)考慮溫度的影響是也是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種雙向剪切的巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，并且優(yōu)選地提出包含加熱系統(tǒng)的剪切裝置。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下: 1、雙向剪切的巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，用以實(shí)現(xiàn)雙向剪切
如圖1所示，一種雙向剪切的巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，包括試件系統(tǒng)、壓板系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);其特征在于，所述壓板系統(tǒng)包括上、下、左、右四塊壓板，上壓板10和下壓板22平行且正位設(shè)置，施加法向壓力；左壓板11與右壓板23平行相對(duì)且錯(cuò)位設(shè)置，同時(shí)施加剪切力。
[0009]所述的試件系統(tǒng)為巖石結(jié)構(gòu)面試件，以巖石結(jié)構(gòu)面21為界，分為巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33和巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊32。
[0010]所述壓板系統(tǒng)包括上、下、左、右四塊壓板，上壓板10與巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33的上表面平行相貼，左壓板11與巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33的左表面平行相貼且下端與巖石結(jié)構(gòu)面21齊平，下壓板22與巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊32的下表面平行相貼，右壓板23與巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊32的右表面平行相貼且上端與巖石結(jié)構(gòu)面21齊平，所述上壓板10與左壓板11、下壓板22與右壓板23固定連接，各成7字形。
[0011]所述的加載系統(tǒng)，包括法向壓力加載裝置、雙向剪切力加載裝置、及反力架，所述法向壓力加載包括上壓頭8、凹球形壓頭40、加載活塞3、液壓缸2及底座29，所述凹球形壓頭40與上壓頭8通過(guò)半球面配合相連，加載活塞3—端伸入液壓缸2內(nèi)，液壓缸2固定于反力架I上端，所述底座29位于下壓板22下方，并固定于反力架I下端的上表面;所述雙向剪切力加載裝置包括錯(cuò)位相對(duì)設(shè)置的左、右剪切力加載裝置，左剪切力加載裝置包括伺服電機(jī)I 18、減速機(jī)I 36、第一滾珠絲杠16、第一滾珠絲杠缸34及左壓頭14，實(shí)現(xiàn)從左至右施加剪切力，右剪切力加載裝置包括伺服電機(jī)Π 30、減速機(jī)Π 38、第二滾珠絲杠28、第二滾珠絲杠缸13及右壓頭26，實(shí)現(xiàn)從右至左施加剪切力。
[0012]所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電腦控制器31及與其相連第一壓力傳感器4、第二壓力傳感器15、第三壓力傳感器27、第一位移引伸計(jì)LVDT6、第二位移引伸計(jì)LVDT 7。
[0013]上述雙向剪切的巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置包括輥組輔助系統(tǒng)。所述的輥組系統(tǒng)包括上壓輥組9、下壓輥組17、左壓輥組12和右壓輥組24。上壓輥組9位于上壓頭8與上壓板10之間，下壓輥組17位于下壓板22和底座29之間，左壓輥組12位于左壓頭14與左壓板11之間，右壓輥組24位于右壓頭26與右壓板23之間。左壓輥組12極大地減少了左壓頭14與左壓板11之間的摩擦，右壓輥組24極大地減少了右壓頭26與右壓板23之間的摩擦。巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33能夠沿左壓輥組12移動(dòng)，從而能夠準(zhǔn)確地得到巖石結(jié)構(gòu)面剪切過(guò)程中巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33的法向位移，即剪脹位移，上壓輥組9極大地減少了上壓頭8與上壓板10之間的摩擦，下壓輥組17極大地減少了底座29與下壓板22之間的摩擦，巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊33、下盤巖塊32能沿上壓輥組9、下壓輥組17左右移動(dòng)。
[0014]、附載加熱系統(tǒng)的雙向剪切的巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，用以實(shí)現(xiàn)溫度控制的巖石結(jié)構(gòu)面雙向剪切
如圖2所示，在前述方案的基礎(chǔ)上，提出了優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的雙向剪切的巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，還包括加熱系統(tǒng)。所述的加熱系統(tǒng)包括位于上盤巖塊和下盤巖塊內(nèi)部的加熱孔及與加熱孔匹配并中間帶有加熱棒的橡膠塞，所述橡膠塞通過(guò)鋼條固定在上、下盤巖塊表面。
[0015]上述巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括與其相連的溫度感應(yīng)器，所述溫度傳感器位于巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤巖塊上，準(zhǔn)確獲得巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤巖塊各處的溫度。具體地，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電腦控制器及與其相連第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一位移引伸計(jì)LVDT、第二位移引伸計(jì)LVDT;并設(shè)置加熱棒及溫度傳感器。
[0016]如圖2所示，含加熱系統(tǒng)的雙向剪切的巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置的技術(shù)方案簡(jiǎn)單描述如下。一種巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，包括試件系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、壓板系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);所述試件系統(tǒng)為巖石結(jié)構(gòu)面試件，以巖石結(jié)構(gòu)面為界，分為巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊和巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊;所述加熱系統(tǒng)包括位于巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤巖塊內(nèi)部的加熱孔及與加熱孔匹配并中間帶有加熱棒的橡膠塞，所述橡膠塞通過(guò)鋼條固定在上、下盤巖塊表面;所述壓板系統(tǒng)包括上、下、左、右四塊壓板，所述上壓板與巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊的上表面平行相貝占，所述左壓板與巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊的左表面平行相貼且下端與巖石結(jié)構(gòu)面齊平，所述下壓板與巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊的下表面平行相貼，所述右壓板與巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊的右表面平行相貼且上端與巖石結(jié)構(gòu)面齊平，所述上壓板與左壓板、下壓板與右壓板固定連接，各成7字形;所述加載系統(tǒng)包括法向壓力加載、左剪切力加載和右剪切力加載及反力架，所述法向壓力加載包括上壓頭、凹球形壓頭、加載活塞、液壓缸及底座，所述凹球形壓頭與上壓頭通過(guò)半球面配合相連，加載活塞一端伸入液壓缸內(nèi)，液壓缸固定于反力架上端，所述底座位于下壓板下方，并固定于反力架下端的上表面;所述左剪切力加載包括伺服電機(jī)1、減速機(jī)1、第一滾珠絲杠、第一滾珠絲杠缸及左壓頭，所述左壓頭位于左壓板左方，與第一滾珠絲杠缸相連，第一滾珠絲杠伸入第一滾珠絲杠缸內(nèi)；所述右剪切力加載包括伺服電機(jī)Π、減速機(jī)Π、第二滾珠絲杠、第二滾珠絲杠缸及右壓頭，所述右壓頭位于右壓板右方，與第二滾珠絲杠缸相連，第二滾珠絲杠伸入第二滾珠絲杠缸內(nèi)；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電腦控制器及與其相連第一壓力傳感器、第二壓力傳