本发明涉及一种适用于多尺寸结构面的水平向无级正交限位剪切盒组装方法，适用于多尺寸矩形结构面试样的室内外直剪试验，属于工程技术领域。
背景技术：
在人类工程活动中，由岩体变形和失稳造成的工程事故层出不穷，引起巨大的生命财产损失。而岩石结构面尺寸效应的研究对指导岩体工程的稳定性具有重要意义，要进行任意矩形尺寸岩石结构面的直接剪切试验，则需要相应尺寸的岩石结构面剪切盒，通常做法是每一种尺寸的岩石结构面试样需要一个与该试样尺寸相匹配的剪切盒，这种做法不但需要的剪切盒数量多、造价高、占用空间大，而且还需要配置与系列多种尺寸剪切盒相对应的直剪仪配套连接装置，易造成测试结果不可靠且具有安装工序复杂及试验周期长等不足。
技术实现要素：
为了克服结构面抗剪强度尺寸效应试验中常规采用系列多种尺寸剪切盒的数量多、工序复杂、数据不可靠、试验周期长、占用空间大等不足，本发明提供一种适用于多尺寸结构面无级水平正交限位剪切盒的组装方法，具有测试效果好、操作方便、工期短、造价低、占用空间小等特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适用于多尺寸结构面的水平向无级正交限位剪切盒组装方法，包括如下步骤：
1)选择测试结构面试样尺寸：根据实验设计方案选择相应结构面试样，并制定单元升降锁及组合方案；
2)组装剪切盒：根据结构面试样垂直高度组装升降锁、底板、单元限位架，形成基本剪切盒外框架，其中单元限位架交差组装，从而实现剪切盒水平正交限位，升降锁根据结构面试样高度进行组装，实现剪切盒垂向高度的控制，该过程两个剪切盒组装分别同时进行，最终获得上盘剪切盒与下盘剪切盒基本外框架；
3)放置下盘剪切盒：剪切盒外框架组装完成后，将剪切盒放置在直剪仪上，并将正交限位条放置在剪切盒限位导槽内并拨置两端，以便下盘结构面试样的安放；
4)放置结构面下盘试样：将结构面下盘试样放置在剪切盒中部，并将正交限位条拨置下盘结构面周边；
5)组装单元限位顶升器：测量限位条至限位架外边框距离，根据所测距离，合理组装单元限位顶升器中调节单元与组合单元，实现限位架内限位条的无级正交滑动；
6)微调单元限位顶升器：上述单元限位顶升器组合完成后，单元限位顶升器到限位条之间有微小距离，此时通过旋转调节单元，使组合单元顶紧限位条，从而实现下盘剪切盒单元限位架水平正交限位，进而将下盘结构面试样紧密固定在剪切盒内；
7)吻合放置结构面上盘试样于结构面下盘试样上：将结构面上盘试样放置在结构面下盘试样上，要求结构面上盘试样与下盘试样完全对齐；
8)安装上盘剪切盒：将步骤2)中组装完成后的上盘剪切盒对齐放置在下盘剪切盒上方，上述结构面上盘试样安放完成之后，将上盘剪切盒对齐放置在下盘剪切盒上方，使上盘结构面试样置于上盘剪切盒中部，并按步骤5)和步骤6)进行组合单元限位顶升器，并进行微调；
9)进行直剪试验：上述结构面试样安放完成后，便可进行直剪试验；
进一步，所述方法还包括如下步骤：
10)使用调节器：拧松上、下盘剪切盒限位顶升器，依次取下上盘剪切盒，结构面上盘试样试样，结构面下盘试样；
11)该过程为完成一次直剪试验，后续试验则可按步骤1)～10)进行。
再进一步，所述步骤9)组装的适用于多尺寸结构面的水平向无级正交限位剪切盒，包括上盘剪切盒和下盘剪切盒，其中上盘剪切盒与下盘剪切盒结构一致，即均采用结构面剪切盒。
所述结构面剪切盒包括单元限位架、底板、单元限位顶升器、单元升降锁、调节器、组合螺母和限位条，其中单元限位架前后对称边上分别设有限位导槽，且两对称限位导槽两端均开有导槽组合孔为在限位导槽内安装及拆卸限位条提供开口，左右对称边上开有顶升限位螺纹孔，四个顶角上设有限位架十字固定孔，同时限位架十字固定孔对应边上分别开有限位架固定螺纹孔，在四个底角设有限位架连接楔环，底板四个顶角处均开有底板十字固定孔且对应在底板十字固定孔所对应边上均开设底板固定螺纹孔，单元限位顶升器包括调节单元、组合单元，调节单元底部和顶部分别设有六角调节孔及调节单元组合螺纹孔且调节单元外围设有调节螺纹，组合单元底部和顶部分别设有组合螺母及组合单元螺纹孔，单元升降锁顶部和底部分别设有升降锁楔环和升降锁组合孔，且升降锁组合孔所对应升降锁外侧开有固定螺纹孔。
所述上盘剪切盒与下盘剪切盒限位方式及位置相同。
进一步，所述单元限位架前后对称边上分别设有限位导槽，且两对称限位导槽两端均开有导槽组合孔，为在限位导槽内安装及拆卸限位条提供开口，左右对称边上开有顶升限位螺纹孔，四个顶角上设有限位架十字固定孔，且在四个底角设有限位架连接楔环，同时限位架十字固定孔对应边上分别开有限位架固定螺纹孔，一个单元限位架与限位条组合时可以实现单一方向水平限位。
再进一步，所述限位导槽用于控制限位条在限位导槽上移动，实现限位条在单元限位架内无级滑动；所述导槽组合孔开设在限位导槽两端，可以实现限位条在单元限位架内自由安装和拆卸。
更进一步，所述限位架十字固定孔通过组合螺母将单元升降锁、底板及其它单元限位架组合连接，实现剪切盒垂向尺寸的控制及水平单元限位架的组合方式；所述顶升限位螺纹孔内部设有螺纹，固定和控制单元限位顶升器，实现水平剪切方向结构面试样的限位；所述限位架固定螺纹孔通过组合螺母将限位架连接楔环、单元升降锁连接楔环固定在孔内，从而实现单元限位架与单元升降锁的组合；所述限位架连接楔环通过组合螺母将单元升降锁、底板及其它单元限位架组合连接，从而使得限位架与其它部件有效组合连接。
所述单元升降锁顶部和底部分别设有升降锁楔环和升降锁组合孔，且升降锁组合孔所对应升降锁外侧开有固定螺纹孔，单元升降锁主要根据试样尺寸要求将多个单元升降锁自由组合来控制剪切盒垂直高度；所述升降锁楔环通过组合螺母固定将升降锁楔环固定在另一单元升降锁的升降锁组合孔、限位架十字孔内或底板十字固定孔，现单元升降锁与另一单元升降锁、单元限位架或底板的固定。
所述单元限位顶升器包括调节单元、组合单元，根据结构面试样的尺寸组合调节单元与限位单元，最后通过调节器对调节单元进行微调，从而实现限位块的无级滑动。
所述调节单元底部和顶部分别设有六角调节孔及调节单元组合螺纹孔且调节单元外围设有调节螺纹，调节单元在顶升限位螺纹孔进行旋转，从而实现调节单元的微调过程。
所述组合单元底部和顶部分别设有组合螺母及组合单元螺纹孔，根据结构面试样的尺寸组合调节单元与限位单元，根据结构面试样尺寸，组合调节螺纹码与组合单元，最后进行微调，实现结构面水平向无级正交限位。
所述底板四个顶角处均开有底板十字固定孔且对应在底板十字固定孔所对应边上均开设底板固定螺纹孔，用于盛放结构面试样；所述调节器调节组合螺母，实现各组件的组装与拆卸过程。
本发明的水平向无级正交限位结构面剪切盒，虽然剪切盒只有一个，但是能实现多尺寸矩形结构面试样直剪试验，具有测试数据可靠、操作方便、工期短、造价低、占用空间小等特点。
本发明的有益效果主要表现在：1)用于结构面试样的范围广。结构面尺寸效应需要系列多种尺寸的结构面直剪试验，而传统直剪仪的一个剪切盒只能实现与该剪切盒相对应尺寸的结构面试样，本发明提供的剪切盒虽然只有一个，但可以通过水平无级限位装置来实现在最大测试尺寸范围内任意水平尺寸的结构面直剪试验；2)测试结果可靠；装样过程中，先将试样放入剪切组合框架内，再根据试样大小进行正交限位；取样过程中，则是先将正交限位架松弛，再取出岩样，该剪切盒较传统剪切盒而言，避免因岩样尺寸偏大难以装样，尺寸偏小导致试样松弛，导致所测数据能真实放映实际实验过程。3)操作方便；在实现试样安放过程中，只需根据试样尺寸调节单元限位顶升器和单元升降锁，从而省略了繁琐的操作过程节约时间，使得操作过程安全快捷。4)造价低、占用空间小。要进行多种尺寸结构面的剪切试验，则需要多种相应尺寸的结构面剪切盒，该发明只需一个剪切盒便可实现多尺寸结构面的剪切试验，相对传统多个剪切盒而言，具有造价低、占用空间小的优点。
附图说明
图1是剪切盒三维图。
图2是单元限位架三视图。
图3是底板三视图。
图4是单元升降锁正视、俯视图。
图5是单元升降锁组合三视图。
图6是组合螺母的示意图。
图7是单元限位顶升器正视、俯视图。
图8是单元限位顶升器组合三维图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图8，一种适用于多尺寸结构面的水平向无级正交限位剪切盒组装方法，包括如下步骤：
1)选择测试结构面试样尺寸：根据实验设计方案选择相应结构面试样，并制定单元升降锁及组合方案。
2)组装剪切盒：根据结构面试样垂直高度组装单元升降锁4、底板2、单元限位架1，形成基本剪切盒外框架，其中单元限位架1交差组装，从而实现剪切盒水平正交限位，同时实现垂向剪切盒的高度控制，该过程中共有两个剪切盒进行组装，分别是上盘剪切盒与下盘剪切盒。
3)放置剪切盒(下盘剪切盒)：上述剪切盒外框架组装完成后，将剪切盒放置在直剪仪上，并将正交限位条7放置剪切盒限位导槽101内并拨置两端，以便下盘结构面试样的安放。
4)放置结构面下盘试样：将结构面下盘试样放置在剪切盒中部，并将正交限位条7拨置下盘结构面周边。
5)组装单元限位顶升器3：测量限位条7至限位架外边框距离，根据所测距离，合理组装单元限位顶升器3中调节单元301与组合单元302，实现限位架内限位条7的无级正交滑动。
6)微调单元限位顶升器3：上述单元限位顶升器3组合完成后，单元限位顶升器3到限位条7之间有微小距离，此时通过旋转调节单元301，使组合单元302顶紧限位条7，从而实现下盘剪切盒单元限位架1水平正交限位，进而将下盘结构面试样紧密固定在剪切盒内。
7)吻合放置结构面上盘试样于结构面下盘试样上：将结构面上盘试样放置在结构面下盘试样上，要求结构面上盘试样与下盘试样完全对齐。
8)安装上盘剪切盒：将步骤2)中组装完成后的上盘剪切盒对齐放置在下盘剪切盒上方，上述结构面上盘试样安放完成之后，将上盘剪切盒对齐放置下盘剪切盒上方，使上盘结构面试样置于上盘剪切盒中部，并按步骤5)、6)进行组合单元限位顶升器3，并进行微调。
9)进行直剪试验：上述结构面试样安放完成后，便可进行直剪试验。
10)使用调节器5，拧松上、下盘剪切盒限位顶升器，依次取下上盘剪切盒，结构面上盘试样，结构面下盘试样。
11)该过程为完成一次直剪试验，后续试验则可按步骤1)～10)进行。
一种适用于多尺寸结构面的水平向无级正交限位剪切盒，结构面剪切盒主要包括单元限位架1、底板2、单元限位顶升器3、单元升降锁4、调节器5、组合螺母6、限位条7。其中单元限位架1前后对称边上分别设有限位导槽101，且两对称限位导槽101两端均开有导槽组合孔102，为在限位导槽101内安装及拆卸限位条7提供开口，左右对称边上开有顶升限位螺纹孔106，四个顶角上设有限位架十字固定孔103，同时限位架十字固定孔103对应边上分别开有限位架固定螺纹孔104，在四个底角设有限位架连接楔环107，底板2四个顶角处均开有底板十字固定孔201且对应在底板十字固定孔201所对应边上均开设底板固定螺纹孔202，单元限位顶升器3包括调节单元301、组合单元302，调节单元301底部和顶部分别设有六角调节孔305及调节单元组合螺纹孔303且调节单元301外围设有调节螺纹304，组合单元302底部和顶部分别设有组合单元螺母307及组合单元螺纹孔306，单元升降锁4顶部和底部分别设有升降锁楔环401和升降锁组合孔403且升降锁组合孔403所对应单元升降锁4外侧开有单元升降锁固定螺纹孔402。所述结构面上盘剪切盒与下盘剪切盒组装过程相互独立。所述结构面上盘剪切盒与下盘结构面剪切盒限位方式及位置相同。所述单元限位架1前后对称边上分别设有限位导槽101，且两对称限位导槽101两端均开有导槽组合孔102，为在限位导槽101内安装及拆卸限位条7提供开口，左右对称边上开有顶升限位螺纹孔106，四个顶角上设有限位架十字固定孔103，且在四个底角设有限位架连接楔环107，同时限位架十字固定孔103对应边上分别开有限位架固定螺纹孔104，单个单元限位架1与限位条7组合时可以实现单一方向水平限位。所述限位导槽101用于控制限位条7在限位导槽101上移动，实现限位条7在单元限位架1内无级滑动。所述导槽组合孔102可以实现限位条7在单元限位架1内自由安装和拆卸。所述限位架十字固定孔103，主要通过组合螺母6将单元升降锁4、底板2及其它单元限位架1组合连接，实现垂向剪切盒尺寸的控制及水平单元限位架1的组合方式。所述顶升限位螺纹孔106主要固定和控制单元限位顶升器3，实现水平剪切方向结构面试样的限位。所述限位架固定螺纹孔104主要通过组合螺母6将限位架连接楔环107、降锁楔环401固定在孔内，从而实现单元限位架1与单元升降锁4的组合。所述限位架连接楔环107，主要通过组合螺母6将单元升降锁4、底板2及其它单元限位架1组合连接，从而使得限位架与其它部件有效组合连接。所述单元升降锁4顶部和底部分别设有升降锁楔环401和升降锁组合孔403且升降锁组合孔403所对应升降锁外侧开有升降锁固定螺纹孔402，单元升降锁4主要根据试样尺寸要求将多个单元升降锁4自由组合来控制垂向剪切盒高度。所述升降锁楔环401，通过组合螺母6固定将升降锁楔环401固定在另一单元升降锁4的升降锁组合孔403、限位架十字固定孔103内或底板十字固定孔201，现单元升降锁4与另一单元升降锁4、单元限位架1或底板2的固定。所述单元限位顶升器3包括调节单元301、组合单元302，根据结构面试样的尺寸组合调节单元301与限位单元，最后通过调节器5对调节单元301进行微调，从而实现限位块的无级滑动。所述调节单元301底部和顶部分别设有六角调节孔305及调节单元组合螺纹孔303且调节单元301外围设有调节螺纹304，调节单元301在顶升限位螺纹孔106进行旋转，从而实现调节单元301的微调过程。所述组合单元302底部和顶部分别设有组合单元螺母6及组合单元螺纹孔306，根据结构面试样的尺寸组合调节单元301与限位单元，根据结构面试样尺寸，组合调节螺纹304码与组合单元302，最后进行微调，实现结构面水平向无级正交限位。所述底板2四个顶角处均开有底板十字固定孔201且对应在底板十字固定孔201所对应边上均开设底板固定螺纹孔202，主要用于盛放结构面试样。所述调节器5主要调节组合螺母6，实现各组件的组装与拆卸过程。
本实例中上盘剪切盒与下盘剪切盒型号相同，故以单一剪切盒为例，水平最大结构面尺寸为300mm×300mm。
剪切盒单元限位架外边框尺寸为350mm×350mm，厚25mm，内边框尺寸为300mm×300mm，在限位架上部四个顶角开设15mm×5mm交叉限位架十字固定孔，限位架上部四个顶角焊接限位架连接楔环，环直径为15mm，限位架十字固定孔下部分别开设直径为15mm的限位架固定螺纹孔，单元限位架内部对称边框上设置尺寸为20mm×20mm×340的限位导槽，单元限位架剪切方向上对称边框中部开设直径为20mm的顶升限位螺纹孔；单元限位锁锁身尺寸为25mm×25mm×20mm，锁身上部设有升降锁楔环，直径为15mm，锁身底部设有尺寸为15mm×5mm的升降锁组合孔，升降锁组合孔外侧设有直径为15mm的升降锁固定螺纹孔，组合单元螺母直径为15mm；限位顶升器中调节单元、组合单元均是直径为15mm的长为20mm的圆柱体，调节单元顶部设有外径为10mm的六角槽口，底部设有直径为10mm的调节单元螺纹孔，组合单元底部设有直径为10mm的组合单元螺纹孔，前端设有直径为10mm的组合螺母；调节器是外径为10mm的六角调节器。
结构面直剪仪用于测定结构面在不同的法向应力下以进行剪切试验，获得结构面破坏时的剪应力、剪切变形等参数，本发明可以快速地制作结构面水平无级正交限位剪切盒与制作方法，方便、快速、实用。
本发明的实施方案是：
1)选择测试结构面试样尺寸：根据实验设计方案选择相应结构面试样，并制定单元升降锁及组合方案。
2)组装剪切盒：根据结构面试样垂直高度组装单元升降锁4、底板2、单元限位架1，形成基本剪切盒外框架，其中单元限位架1交差组装，从而实现剪切盒水平正交限位，同时实现垂向剪切盒的高度控制，该过程中共有两个剪切盒进行组装，分别是上盘剪切盒与下盘剪切盒。
3)放置剪切盒(下盘剪切盒)：上述剪切盒外框架组装完成后，将剪切盒放置在直剪仪上，并将正交限位条7放置剪切盒限位导槽101内并拨置两端，以便下盘结构面试样的安放。
4)放置结构面下盘试样：将结构面下盘试样放置在剪切盒中部，并将正交限位条7拨置下盘结构面周边。
5)组装单元限位顶升器3：测量限位条7至限位架外边框距离，根据所测距离，合理组装单元限位顶升器3中调节单元301与组合单元302，实现限位架内限位条7的无级正交滑动。
6)微调单元限位顶升器3：上述单元限位顶升器3组合完成后，单元限位顶升器3到限位条7之间有微小距离，此时通过旋转调节单元301，使组合单元302顶紧限位条7，从而实现下盘剪切盒单元限位架1水平正交限位，进而将下盘结构面试样紧密固定在剪切盒内。
7)吻合放置结构面上盘试样于结构面下盘试样上：将结构面上盘试样放置在结构面下盘试样上，要求结构面上盘试样与下盘试样完全对齐。
8)安装上盘剪切盒：将步骤2)中组装完成后的上盘剪切盒对齐放置在下盘剪切盒上方，上述结构面上盘试样安放完成之后，将上盘剪切盒对齐放置下盘剪切盒上方，使上盘结构面试样置于上盘剪切盒中部，并按步骤5)、6)进行组合单元限位顶升器3，并进行微调。
9)进行直剪试验：上述结构面试样安放完成后，便可进行直剪试验。
10)使用调节器5，拧松上、下盘剪切盒限位顶升器，依次取下上盘剪切盒，结构面上盘试样，结构面下盘试样。
11)该过程为完成一次直剪试验，后续试验则可按步骤1)～10)进行。