一种已有原岩结构面的厚度可调节软弱夹层制作方法与流程

本发明涉及含有软弱夹层的已有原岩结构面室内直剪试验的技术领域，尤其是一种已有原岩结构面的具有厚度可调节软弱夹层的制作方法。

背景技术：

结构面对工程中岩体稳定性有着控制性的影响，尤其是含有软弱夹层的软弱结构面。软弱结构面是岩体中具有一定厚度的软弱带，与相邻两侧的岩体相比具有高压缩、低强度等特征，其通常控制着岩体的变形及稳定性。在实际的工程项目中，往往是由于软弱夹层的存在导致事故频发，造成了严重的生命财产损失，因此，通过直剪试验获得含软弱夹层结构面力学特性研究就显得尤为重要。

获取含软弱夹层的岩体结构面试样通常有野外现场取样和室内制作两种手段。室内制作虽然比野外现场取样更加安全、便捷，且可进行重复试验，但是在特殊情况下，由于材料、结构面形态过于复杂及制样困难等问题，无法制作出与原岩结构面的材料、结构面形态等相一致的模型结构面，因此，在此种情况下，结构面常采取现场取样的办法处理。但是针对含有软弱夹层的原岩结构面而言，野外现场获取含有软弱夹层的原岩结构面试样时存在如下不足：1)软弱夹层易扰动，难以获得与现场所处状态相一致的含有软弱夹层的原岩体结构面试样；2)现场难以获取与含软弱夹层的原岩结构面性质近似一致的多组试样，无法通过多组试样的直剪试验获得结构面力学指标；3)现场取样存在难度大、费用高、取样周期长、风险高等不足。因此，在原岩结构面的基础上结合室内制作软弱夹层成为获取含软弱夹层的原岩结构面试样的重要方法。

目前，对于已有的原岩结构面试样中软弱夹层的制作大多都是在原岩结构面上直接进行制作和铺设，不但难以形成和现场软弱夹层厚度和物理力学性质近似一致的软弱夹层，而且在直剪试验测试过程中，难以控制竖向压缩过程中的软弱夹层挤出问题，导致试验结果不理想。

技术实现要素：

为了能够满足含有软弱夹层的已有原岩结构面室内直剪试验的要求，本发明提供了一种已有原岩结构面的厚度可调节软弱夹层制作方法，能解决已有原岩结构面的软弱夹层制作及铺设困难、软弱夹层厚度难以调节的问题，且在直剪试验过程中能够控制软弱夹层是否挤出的试验条件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种已有原岩结构面的厚度可调节软弱夹层制作方法，所述方法包括如下步骤：

(1)野外取样，在野外获取原岩结构面的上盘结构面试样和下盘结构面试样；

(2)底板放置，将底板放置于找平的地面上；

(3)四块伸缩板的安装，将两块a型伸缩板和两块b型伸缩板两两对称放置于底板上，通过伸缩板定位柱将四块伸缩板连接固定在底板上，此时四块伸缩板中的伸缩板滑块处于未滑出的状态；

(4)原岩结构面下盘试样放置，将原岩结构面下盘试样放置于已经组装好的配套装置中；

(5)软弱夹层厚度的确定，根据现场软弱夹层的实测厚度确定试验要求的软弱夹层厚度；

(6)四块伸缩板中伸缩板滑块的固定，根据(5)中所确定的软弱夹层厚度，将四块伸缩板中的伸缩板滑块进行滑动，利用伸缩板滑块固定螺栓将伸缩板滑块进行固定；

(7)记录下盘结构面上表面在伸缩板中伸缩板滑块的刻度位置；

(8)填筑软弱夹层材料，将配制好的软弱夹层材料浇筑到已有原岩结构面试样的下盘结构面上，并根据现场的软弱夹层岩土体的液塑性指数、密实度等物理性质进行预固结和压实处理，保持和现场软弱夹层近似一致的工程性质；

(9)记录填筑后软弱夹层上表面的刻度位置；

(10)判断填筑软弱夹层厚度是否和现场厚度一致，步骤(9)中和步骤(7)的刻度差即为填筑的软弱夹层的厚度，如果不满足步骤(5)中的厚度要求，则重复步骤(8)和(9)，直至达到要求。

进一步，所述方法还包括如下步骤：

(11)原岩结构面上盘试样放置，将原岩结构面上盘试样放置于已经填筑好的软弱夹层上；

(12)软弱夹层的养护，将带有原岩结构面试样和软弱夹层的配套装置放置养护室进行养护。

更进一步，所述方法还包括如下步骤：

(13)竖向加载过程中控制软弱夹层挤出的实现，将此配套装置连同此装置内部的原岩结构面上盘试样、下盘试样和软弱夹层放置到直剪试验机上，根据现场条件调整软弱夹层是否挤出的问题。如果现场条件不允许软弱夹层挤出，则不松开伸缩板滑块固定螺栓；如果现场条件允许软弱夹层挤出，则松开伸缩板滑块固定螺栓，将四块伸缩板滑块滑至初始位置，初始位置即为四块伸缩板滑块未滑出的位置，然后再根据现场结构面的竖向应力大小进行竖向加载，直至竖向变形稳定，记录相应的竖向荷载和竖向变形。

再进一步，所述方法还包括如下步骤：

(14)剪切加载过程的实现：剪切之前，松开伸缩板滑块固定螺栓和，将四块伸缩板滑块滑至初始位置，初始位置即为四块伸缩板滑块未滑出的位置，露出软弱夹层的剪切面，然后进行上盘结构面的固定，接着对下盘结构面施加水平荷载，直至发生剪切面破坏，测试过程结束，并记录相应的水平向荷载和切向变形；

(15)调整步骤(5)中软弱夹层的厚度，重复步骤(6)-(14)可实现原岩结构面中具有不同软弱夹层厚度的制作以及相应的直剪试验测试；

(16)更换步骤(1)中的原岩结构面，重复步骤(2)-(15)可实现不同原岩结构面软弱夹层的制作以及相应的直剪试验测试。

本发明的技术构思为：本发明给出了一种已有原岩结构面的厚度可调节软弱夹层的制作及直剪试验的配套装置及操作方法，能够方便快捷地完成对已有原岩结构面的软弱夹层的制作以及相应的压缩和直剪测试，具有操作方便、安全可靠、效果好、高效快捷等优点。

本发明的有益效果主要表现在：

(1)能够针对不同的原岩结构面选择所需要的结构面形态来完成软弱夹层的制作；

(2)软弱夹层的制作与直剪试验测试过程均可在该配套装置中完成，实现软弱夹层制作与直剪测试一体化；

(3)能够根据现场实测软弱夹层的厚度来实现不同软弱夹层厚度的制作及相应的直剪测试；

(4)本发明可控制在竖向加载过程中软弱夹层侧限约束条件，在剪切过程中可实现自由剪切。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2为本发明的正视图。

图3为本发明的左视图。

图4为图1完成软弱夹层制作后的1-1剖面图。

图5为本发明中底板的俯视图。

图6为本发明中底板的正视图。

图7为a型伸缩板的俯视图。

图8为a型伸缩板的正视图。

图9为a型伸缩板的左视图(滑块未滑动)。

图10为a型伸缩板的左视图(滑块滑动了一定的距离)。

图11为b型伸缩板的俯视图。

图12为b型伸缩板的正视图。

图13为b型伸缩板的左视图(滑块未滑动)。

图14为b型伸缩板的左视图(滑块滑动了一定的距离)。

图15为a型伸缩板滑块的内表面详图。

图16为b型伸缩板滑块的内表面详图。

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16，一种已有原岩结构面的厚度可调节软弱夹层的制作方法，所述方法包括如下步骤：

(1)野外取样，在野外获取原岩结构面的上盘结构面试样和下盘结构面试样；

(2)底板放置，将底板放置于找平的地面上；

(3)四块伸缩板的安装，将两块a型伸缩板和两块b型伸缩板两两对称放置于底板上，通过伸缩板定位柱将四块伸缩板连接固定在底板上，此时四块伸缩板中的伸缩板滑块处于未滑出的状态；

(4)原岩结构面下盘试样放置，将原岩结构面下盘试样放置于已经组装好的配套装置中；

(5)软弱夹层厚度的确定，根据现场软弱夹层的实测厚度确定试验要求的软弱夹层厚度；

(6)四块伸缩板中伸缩板滑块的固定，根据(5)中所确定的软弱夹层厚度，将四块伸缩板中的伸缩板滑块进行滑动，利用伸缩板滑块固定螺栓将伸缩板滑块进行固定；

(7)记录下盘结构面上表面在伸缩板中伸缩板滑块的刻度位置；

(8)填筑软弱夹层材料，将配制好的软弱夹层材料浇筑到已有原岩结构面试样的下盘结构面上，并根据现场的软弱夹层岩土体的液塑性指数、密实度等物理性质进行预固结和压实处理，保持和现场软弱夹层近似一致的工程性质；

(9)记录填筑后软弱夹层上表面的刻度位置；

(10)判断填筑软弱夹层厚度是否和现场厚度一致，步骤(9)中和步骤(7)的刻度差即为填筑的软弱夹层的厚度，如果不满足步骤(5)中的厚度要求，则重复步骤(8)和(9)，直至达到要求。

进一步，所述方法还包括如下步骤：

(11)原岩结构面上盘试样放置，将原岩结构面上盘试样放置于已经填筑好的软弱夹层上；

(12)软弱夹层的养护，将带有原岩结构面试样和软弱夹层的配套装置放置养护室进行养护。

再进一步，所述方法还包括如下步骤：

(13)竖向加载过程中控制软弱夹层挤出的实现，将此配套装置连同此装置内部的原岩结构面上盘试样、下盘试样和软弱夹层放置到直剪试验机上，根据现场条件调整软弱夹层是否挤出的问题。如果现场条件不允许软弱夹层挤出，则不松开伸缩板滑块固定螺栓；如果现场条件允许软弱夹层挤出，则松开伸缩板滑块固定螺栓，将四块伸缩板滑块滑至初始位置，初始位置即为四块伸缩板滑块未滑出的位置，然后再根据现场结构面的竖向应力大小进行竖向加载，直至竖向变形稳定，记录相应的竖向荷载和竖向变形。

更进一步，所述方法还包括如下步骤：

(14)剪切加载过程的实现：剪切之前，松开伸缩板滑块固定螺栓和，将四块伸缩板滑块滑至初始位置，初始位置即为四块伸缩板滑块未滑出的位置，露出软弱夹层的剪切面，然后进行上盘结构面的固定，接着对下盘结构面施加水平荷载，直至发生剪切面破坏，测试过程结束，并记录相应的水平向荷载和切向变形；

(15)调整步骤(5)中软弱夹层的厚度，重复步骤(6)-(14)可实现原岩结构面中具有不同软弱夹层厚度的制作以及相应的直剪试验测试；

(16)更换步骤(1)中的原岩结构面，重复步骤(2)-(15)可实现不同原岩结构面软弱夹层的制作以及相应的直剪试验测试。

本实施例的已有原岩结构面的厚度可调节软弱夹层制作方法的配套装置包括底板1、a型伸缩板2、a型伸缩板滑块固定螺栓4、a型伸缩板滑块的刻度尺9、b型伸缩板3、b型伸缩板滑块固定螺栓5和b型伸缩板滑块的刻度尺10。

所述的底板1表面形状为正方形，底板1上表面带有伸缩板定位柱101，伸缩板定位柱101在底板1上为对称布置，伸缩板定位柱101的目的是用来固定四块伸缩板，且底板1是两块a型和两块b型共四块伸缩板的连接板。

所述的a型伸缩板2有两块，尺寸相同，分别对称置于底板1的一组对边上。a型伸缩板2上带有a型伸缩板滑块201，a型伸缩板滑块201可在a型伸缩板滑槽202内进行滑动，可根据具体试验中软弱夹层厚度条件滑动至要求位置，利用a型伸缩板滑块固定螺栓4进行固定，在进行竖向压缩试验时，a型伸缩板滑块201可以控制软弱夹层是否挤出。在进行剪切加载之前，将a型伸缩板滑块201滑到初始位置(初始位置即为a型伸缩板滑块201未滑出的位置)，即可实现剪切过程。a型伸缩板2底部有a型伸缩板底部定位孔203，用来与底板1进行连接，达到固定的作用。

所述的b型伸缩板3有两块，尺寸相同，分别对称布置于底板1的另一组对边上。b型伸缩板3上带有b型伸缩板滑块301，b型伸缩板滑块301可在b型伸缩板滑槽内302进行滑动，可根据具体试验中软弱夹层厚度条件的需要滑动至要求位置，利用b型伸缩板滑块固定螺栓5进行固定，b型伸缩板滑块301可以控制软弱夹层是否挤出。在进行剪切加载之前，将b型伸缩板滑块301滑到初始位置(初始位置即为b型伸缩板滑块301未滑出的位置)，即可实现剪切过程。b型伸缩板3底部有b型伸缩板底部定位孔303，用来与底板1进行连接，达到固定的作用。

所述的a型伸缩板滑块固定螺栓4作用在于固定a型伸缩板滑块201。

所述的b型伸缩板滑块固定螺栓5作用在于固定b型伸缩板滑块301。

所述的a型伸缩板滑块的刻度尺9和b型伸缩板滑块的刻度尺10的位置分别在a型伸缩板滑块201和b型伸缩板滑块301上，两者均是用来记录下盘结构面8上表面和填入软弱夹层7并压实后软弱夹层7上表面的刻度位置，由此得出填入的软弱夹层7的厚度，从而确定填入的软弱夹层7的厚度是否与试验要求一致。

现在以原岩结构面试样尺寸为100mm×100mm×200mm为例，软弱夹层厚度为10mm，结合附图详细说明本发明的实施方案：

(1)野外取样。在野外获取原岩结构面的上盘结构面试样6和下盘结构面试样8。

(2)底板1放置。将底板1放置于找平的地面上。

(3)四块伸缩板的安装。将两块a型伸缩板2和两块b型伸缩板3两两对称放置于底板1上，通过伸缩板定位柱101将四块伸缩板连接固定在底板1上(此时四块伸缩板中的伸缩板滑块处于未滑出的状态)。

(4)原岩结构面下盘试样8放置。将原岩结构面下盘试样8放置于已经组装好的配套装置中。

(5)软弱夹层7厚度的确定。根据现场软弱夹层7的实测厚度确定试验要求的软弱夹层7厚度。

(6)四块伸缩板中伸缩板滑块的固定。根据(5)中所确定的软弱夹层7厚度，将四块伸缩板中的伸缩板滑块进行滑动(滑动距离只要超过软弱夹层7厚度即可)，利用伸缩板滑块固定螺栓将伸缩板滑块进行固定。

(7)记录下盘结构面8上表面在伸缩板中伸缩板滑块的刻度位置。

(8)填筑软弱夹层材料7。将配制好的软弱夹层材料7浇筑到已有原岩结构面试样的下盘结构面8上，并根据现场的软弱夹层岩土体的液塑性指数、密实度等物理性质进行预固结和压实处理，保持和现场软弱夹层近似一致的工程性质。

(9)记录填筑后软弱夹层7上表面的刻度位置。

(10)判断填筑软弱夹层7厚度是否和现场厚度一致。步骤(9)中和步骤(7)的刻度差即为填筑的软弱夹层7的厚度，如果不满足步骤(5)中的厚度要求，则重复步骤(8)和(9)，直至达到要求。

(11)原岩结构面上盘试样6放置。将原岩结构面上盘试样6放置于已经填筑好的软弱夹层7上。

(12)软弱夹层7的养护。将带有原岩结构面试样6、8和软弱夹层7的配套装置放置养护室进行养护。

(13)竖向加载过程中控制软弱夹层7挤出的实现。将此配套装置连同此装置内部的原岩结构面上盘试样6、下盘试样8和软弱夹层7放置到直剪试验机上，根据现场条件调整软弱夹层7是否挤出的问题。如果现场条件不允许软弱夹层7挤出，则不松开伸缩板滑块固定螺栓；如果现场条件允许软弱夹层7挤出，则松开伸缩板滑块固定螺栓，将四块伸缩板滑块滑至初始位置(初始位置即为四块伸缩板滑块未滑出的位置)。然后再根据现场结构面的竖向应力大小进行竖向加载，直至竖向变形稳定，记录相应的竖向荷载和竖向变形。

(14)剪切加载过程的实现。剪切之前，松开伸缩板滑块固定螺栓和，将四块伸缩板滑块滑至初始位置(初始位置即为四块伸缩板滑块未滑出的位置)，露出软弱夹层7的剪切面，然后进行上盘结构面6的固定，接着对下盘结构面8施加水平荷载，直至发生剪切面破坏，测试过程结束，并记录相应的水平向荷载和切向变形。

(15)调整步骤(5)中软弱夹层7的厚度，重复步骤(6)-(14)可实现原岩结构面中具有不同软弱夹层厚度的制作以及相应的直剪试验测试。

(16)更换步骤(1)中的原岩结构面，重复步骤(2)-(15)可实现不同原岩结构面软弱夹层的制作以及相应的直剪试验测试。