携剪试验制样装置以及制样方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土体力学试验领域，尤其涉及一种携剪试验制样装置以及其制样方法。
【背景技术】
[0002]岩土体力学试验是地质工作者获取岩土体力学性质的主要技术手段，目前岩土体力学试验主要有携剪试验、点荷载试验、回弹仪试验、碎石土大剪试验、触探仪试验、直剪试验、三轴试验等，而这其中的携剪试验是指携带式剪切仪试验，其具有仪器操作简单，不需要采用形状规则的岩样，同时能够测定岩体结构面、软弱岩石、特殊土的峰值与残余值抗剪强度参数的优点，在岩土体力学试验中被广泛应用。携剪试验结果的准确性与所制试样的优劣有着直接关系，因此，设计一种操作简单，制样效果较好的携剪试验制样装置就显得尤为必要。
[0003]目前，携剪试验制样主要有以下三种方法:
[0004]方法一:采用长方体盒形制样装置，把结构面一侧岩体放入制样装置中，然后浇灌混凝土，待混凝土凝固一段时间后，取出试样进行结构面另一侧的混凝土浇灌，待另一侧混凝土凝固一段时间后，拆卸制样装置完成制样。该方法直接将岩体试样放入混凝土中进行制样，由于岩体自身有一定重量，直接放入混凝土中将会产生沉降，易导致混凝土渗入岩体结构面中，或者由于不均匀沉降结构面将产生倾斜，或者导致结构面埋入混凝土中，将造成制样失败以及影响携剪试验结果的准确性。
[0005]方法二:采用长方体盒形制样装置，并在长方形盒体装置底部设置了垂直螺丝支撑岩体试样;其方法为先调整垂直螺丝支撑岩体试样，再浇灌结构面一侧岩体，然后用石蜡密封结构面，然后直接浇灌上部岩体，待凝固后，拆卸制样装置完成制样。该方法在公开号为CN103234838B，名称为“一种柱状节理结构面剪切的实验方法及装置”的文献中所公开，该方法针对上述方法一的缺点进行了改进，在长方形盒体装置底部设置了垂直螺丝用于支撑和限制岩体，可解决岩体在浇灌混凝土时发生沉降的问题，并在试样浇灌中用石蜡密封结构面，直接浇灌上部岩体。但该方法仍然存在缺点:首先，岩体试样大多为极不规则岩体，采用垂直螺丝支撑岩体，其操作极为复杂、困难，而且制样完成后需要取出试样，垂直螺丝的部位相当于在砂浆、混凝土中形成了空腔，其一方面使砂浆的整体强度降低，在后期携剪试验中可能砂浆先产生破坏，造成试验失败；另一方面，由于垂直螺丝的加入，导致螺丝与混凝土结合，不利于后期混凝土的取出；其次，采用石蜡密封结构面，石蜡可能会渗入结构面中，降低结构面强度，影响携剪试验结果的准确性;而且，石蜡表面极为滑腻，与岩体表面贴合并不能十分紧密，采用石蜡密封结构面后直接浇灌上部混凝土将会使部分混凝土砂浆从石蜡表面渗入结构面中或者渗出制样装置，造成制样失败或者影响携剪试验结果的准确性。
[0006]方法三:采用长方体盒形制样装置，并在长方形盒体装置上部设置了夹持岩体的夹持件或者夹持机构;通过夹持件或者夹持机构代替上述方法二中的垂直螺丝，以起到对岩体的支撑、限制作用;通过先用夹持件夹紧岩体，然后再浇灌混凝土，待凝固后取出试样，然后浇灌另一部分混凝土，待另一部分凝固后，拆卸制样装置完成制样。该方法在公开号为CN102061685B，名称为“直剪实验中结构面试样的防沉降夹”，和公开号为CN102410962A，名称为“便携式现场室内两用岩体结构面直剪实验仪”的文献中，均有公开设置夹持件或者夹持机构。该方法针对上述方法一以及方法二的缺点进行了改进，在长方形盒体装置顶部设置了夹持岩体的构件，代替垂直螺丝，可避免在混凝土中留下空隙，同时便于混凝土的取出。但该方法仍然存在缺点:首先，岩体试样大多为极不规则的岩体，其表面凹凸不平，棱角分布，而岩体剪切方向又是固定方向，即不能更换岩体的夹持方向，因此，使用夹持件可能出现岩体无法夹紧或者夹持后岩体仍可沿夹持面滑动的情况;其次，夹持件仅能固定夹持面方向，即只能限制岩体两个侧面，而其余两侧并未固定，夹持牢固性并不可靠;再有，岩体具有一定重量，使用夹持件夹持岩体后，岩体仍可能会沿重力方向产生一定下坠。
[0007]另外，上述三种方法均采用长方体盒形的制样装置，其浇灌混凝土的制样盒均呈长方体形，因而需要浇灌混凝土的量较多，而混凝土作为一次性消耗品，长方形盒体将会造成极大的浪费;其次，长方体形的制样盒，当采用直接拔出方式取出浇灌的混凝土时，由于与混凝土接触的面较多，而且浇灌的混凝土为竖直上下，因而不易于取出浇灌后的混凝土；再有，上述三种方法中均未在制样盒上设置相应的把手结构，因此不方便移动和拆卸制样装置，装置结构布局不合理。
【发明内容】
[0008]本发明解决的技术问题是提供一种可节约混凝土用量，同时方便取出浇灌混凝土后的试样的携剪试验制样装置以及相应的制样方法;并且在浇灌混凝土时可有效的对岩体试样进行限位约束，确保对岩体试样的位置固定准确，提高制样成功率，以及降低对携剪试验结果准确性的影响。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:携剪试验制样装置，包括制样盒，所述制样盒包括两块外壁板和两块内壁板，两块内壁板通过其一侧边相接而呈V形，两块外壁板对应设置在两块内壁板的两侧，通过两块内壁板和两块外壁板围成一上部开口的V形槽结构;所述外壁板和内壁板之间为可拆卸连接。
[0010]进一步的是:两块内壁板相接的侧边通过螺钉可拆卸连接或者通过合叶铰接连接。
[0011]进一步的是:在两块外壁板相向的外侧上设置有把手，把手与外壁板通过螺钉可拆卸连接。
[0012]进一步的是:还包括螺纹柱、钢条和拉绳；螺纹柱的一端连接在外壁板上与V形槽结构的上部开口对应的侧边上，其另外一端竖直向上延伸;螺纹柱有四个，四个螺纹柱彼此平行，并且四个螺纹柱呈矩形分布;钢条有两个，每个钢条的两端分别设置有调节孔，在两个调节孔之间设置有两个间隔分布的拉孔;同一钢条上两端的调节孔分别套在一个螺纹柱上，在调节孔下方的螺纹柱上设有调节螺母;两个钢条彼此平行设置;每个拉孔对应设置一根拉绳，并且拉绳的一端与拉孔连接，拉绳的另一端与岩体试样连接。
[0013]进一步的是:还包括捆绳，所述捆绳通过十字交叉捆绑方式将岩体试样捆紧，并且十字交叉位于岩体试样顶部和底部；四根拉绳与岩体试样对应连接的一端分别连接在岩体试样顶部捆绳的四个折弯处。
[0014]进一步的是:所述拉绳和捆绳均为铁丝或绳索。
[0015]进一步的是:还包括两个可自由搭在两块外壁板之间的L形量尺，每个L形量尺上第一边测量面的高度Hl为5mm，其第二边测量面的高度H2为10mm。
[0016]另外，本发明还提供携剪试验制样方法，其采用上述携剪试验制样装置，并按照如下步骤进行:
[0017]第一步、用记号笔在岩体试样表面和结构面所在平面上标出拟进行携剪试验的方向，然后用捆绳按照十字交叉捆绑方式，将岩体试样捆紧，十字交叉捆绳与标记的携剪试验方向呈45°，之后将四根拉绳的其中一端分别绑扎在十字交叉捆绳在岩体试样顶部的四个折弯处；
[0018]第二步、组装制样盒以及安装螺纹柱和钢条，将制样盒放在水平地面上;在两块内壁板和两块外壁板围成的V形槽结构的内部面上涂抹一层脱模剂；
[0019]第三步、将岩体试样放置在V形槽结构中部，并保持携剪试验的方向与外壁板的方向一致；
[0020]第四步、将一端已连接在岩体试样上的拉绳的另一端分别与对应的拉孔连接，然后将两个L形量尺的第一边测量面分别贴紧在岩体试样的两侧;之后通过调节螺母调整钢条高度，并同时通过调整四根拉绳绑扎后的长度，使岩体试样的结构面与两个L形量尺的第一边测量面的上部边沿保持齐平，并使岩体在制样盒居中位置；
[0021]第五步、向V形槽结构内注入混凝土，边注入混凝土边采用振捣工具振捣混凝土，直到混凝土与V形槽结构的上部开口相平齐时停止注入混凝土，然后平整混凝土表面；
[0022]第六步、待上一步注入的混凝土凝固并达到一定结构强度后，拆下拉绳、钢条和螺纹柱，拧松外壁板上的螺钉，然后将已制好的半个携剪试样取出；
[0023]第七步、将第六步中拆卸后的螺纹柱和钢条重复第二步，以进行二次组装；
[0024]第八步、将已制好的半个携剪试样倒放在钢条上，将两根L形量尺的第一边测量面分别贴紧在岩体试样的两侧;之后通过调节螺母调整钢条高度，使岩体试样的结构面与两个L形量尺的第一边测量面的上部边沿保持齐平，并保持岩体在制样盒居中位置，同时调整上部已凝固的混凝土与下方制样盒对齐；
[0025]第九步、重复第五步，以浇注携剪试样另一半的混凝土；
[0026]第十步、待上一步注入的混凝土凝固并达到一定结构强度后，先拆下钢条和螺纹柱，然后拆卸两块外壁板以及两块内壁板，即可将已制好的整个携剪试样取出；
[0027]第十一步、将整个携剪试样放置一定时间，使第五步和第九步中分别浇注的混凝土均达到足够强度之后将整个携剪试样放入携剪试验仪中，剪断岩体