专利名称：多尺度大型岩体结构面直剪试验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大型岩体结构面直剪试验仪，适用于尺寸为IOcm IOOcm的岩体结构面抗剪强度测定。
背景技术：
目前国内外岩体结构面抗剪强度的确定方法主要有直剪试验法、室内模型试验法 和经验估算方法等。通过直剪试验，结合工程地质勘测资料综合求取结构面抗剪强度的方 法为国内岩体力学工作者所常用。但岩体结构面抗剪强度存在尺寸效应，即随着结构面 尺寸的增大，其抗剪强度存在减少的趋势。为了得到稳定的岩体结构面抗剪强度，需要对 不同尺寸的岩体结构面试样进行抗剪强度直剪试验。但目前国内岩体结构面直剪试验所 采用的中小型仪器测定岩体结构面抗剪强度的试样尺寸一般小于50cmX50cm，通常采用 30cmX 30cm及IOcmXlOcm的小尺寸试样，而且所采用的直剪仪只能用于单一的试样尺寸， 因此采用现有的岩体结构面抗剪强度直剪试验仪不能解决岩体结构面抗剪强度尺寸效应 的问题，也就不能得到稳定的抗剪强度力学参数。由于现有的直剪仪不能得到稳定的抗剪强度力学参数，工程中为了克服现有仪器 的不足，就把得到的抗剪强度力学参数人为地折减后(通常采用70%的折减系数)运用到 具体的工程岩体中，这种处理方法会有二种结果(1)如果单一的直剪试验结果折减后得 到的抗剪强度力学参数比稳定的抗剪强度力学参数大，把折减后得到的抗剪强度力学参数 应用到工程中会造成计算的安全系数高于真实的工程岩体安全系数，从而导致工程事故的 发生。(2)如果单一的直剪试验结果折减后得到的抗剪强度力学参数比稳定的抗剪强度力 学参数小，把折减后得到的抗剪强度力学参数应用到工程中会造成计算的安全系数低于实 际工程岩体的安全系数，但为了达到规范规定的安全系数，就需要对岩体工程进行治理，从 而导致工程费用增加及周期变长，造成人财物的浪费。而采用大型岩体结构面直剪试验仪 的多尺度转换系统，可得到不同尺度的岩体结构面抗剪强度力学参数，从而通过尺寸效应 分析可得到稳定的岩体结构面抗剪强度力学参数，所得试验结果无需折减就可直接应用到 具体的工程中，故得到的工程岩体安全系数真实可靠，具有准确性高、便于运用的优点，为 合理评价工程岩体的稳定性起到了关键作用。
发明内容本实用新型的目的是解决现有直剪试验仪器只能测定单一试样的岩体结构面抗 剪强度的缺点，本实用新型提供一种多尺度大型岩体结构面直剪试验仪(或称为直剪仪)， 利用该设备可进行不同尺度的结构面抗剪强度直剪试验，进而得到结构面抗剪强度尺寸效 应的变化规律和稳定阈值。为了解决上述技术问题提出的技术方案为一种多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，包括钢结构框架、竖向加载系统、剪切加 载系统、竖向位移传感器、剪切向位移传感器和试样，所述竖向加载系统伸入所述钢结构框架的顶面，所述竖向加载系统位于所述试样的上方，所述剪切加载系统伸入所述钢结构框架的侧面，所述剪切加载系统位于所述试样的侧边，所述试样包括上部试样和下部试样，所 述上部试样放在所述下部试样上，所述直剪试验仪还包括η块底垫板和η块侧垫板，其中， η为自然数，且1 SnS 9，η块底垫板依照面积大小从上到下依次叠加形成底垫板组件，所 述底垫板组件的上部的面积等于大型岩体结构面直剪试验仪的下部试样底面的面积，所述 底垫板组件的上部与所述下部试样底面受力接触，底垫板组件的下部与所述钢结构框架受 力接触，各块底垫板和上部试样、下部试样的形心位于同一竖直直线上；侧垫板位于下部试样的侧面，在所述相邻底垫板之间的台阶、最下部分的底垫板 与所述框架之间的台阶上放置所述侧垫板，所述侧垫板的宽度与所述台阶的宽度相同，各 个侧垫板的顶面位于同一平面上，且所述同一平面比上部试样和下部试样之间的结构面 低；距离下部试样侧面最远的侧垫板与所述钢结构框架受力接触。进一步，所述底垫板的高度和侧垫板的宽度相等。再进一步，所述距离下部试样最远的侧垫板与所述钢结构框架之间设有传力板。本实用新型是大型岩体结构面直剪试验仪，如附图1所示，该系统除了包括钢结 构框架(外部长度χ高度χ宽度尺寸为2.90mX2.90mXlm，内部静空间长度X高度X 宽度尺寸为1. 70mX 1. 70mX lm)、竖向加载油缸(量程为375mm，油液最高压力26. 5MPa)、剪 切向加载油缸(量程为375mm，油液最高压力26. 5MPa)、竖向位移传感器(量程为15mm，精 度为l/1000mm)、剪切向位移传感器(量程为1000mm，精度为l/1000mm)、压力传感器(最大 加载力为1000KN，精度为l/100kN)、液压油源、电器控制箱、数据采集仪、测控软件及计算 机等常规部件之外，针对性地开发了能进行多尺度试样直剪试验的转换系统(底垫板和侧 垫板，附图1中的11和12)，目的是实现在同一直剪仪上对不同尺度的抗剪强度试验。常规 设备及直剪仪的试验原理可参照相关规程、教材及著作。本发明重点是对大型岩体结构面 直剪试验仪的多尺度转换系统进行说明。大型岩体结构面直剪试验仪的多尺度转换系统的具体内容如下(a)选择底垫板和侧垫板。根据结构面抗剪强度试验的试样尺寸，选择与试样相配 套的底垫板和侧垫板。下面针对不同尺寸的结构面进行详细说明。①平面尺寸为IOcmX IOcm的结构面(试样高度同结构面的宽度或者长度，余同) 试验时需选择尺寸分别IOcmX IOcmX 5cm(长度X宽度X高度，余同)、20cmX 20cmX 5cm、 30cm X 3 0 cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、 70cm X 70cm X 5cm、80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 9 块底垫板和尺寸分另Ij 10cmX8cmX5cm(长度 X 高度 X 宽度，余同)20cmX 13cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、 40 cm X 2 3 cm X 5cm、50cmX 28cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、70cmX 38 cm X 5cm、 80cm X 43cm X 5cm、90cm X 48cm X 5cm 共 9 块侧垫板。②平面尺寸为20cmX20cm的结构面试验时需选择尺寸分别20cmX20cmX5cm、 30cm X 30cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 6 0 cm X 5cm、 70cm X 70cm X 5cm、80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 8 块底垫板和尺寸分 另Ij 为 20cmX 13cmX5cm、30cmX 18cmX5cm、40cmX23cmX5cm、50cmX28cmX5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm 共 8 块侧垫板。③平面尺寸为30cmX30cm的结构面试验时需选择尺寸分别30cmX30cmX5cm、40 cm X 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、70cmX 70 cm X 5cm、 80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 7 块底垫板和尺寸分别为 30cm X 18cm X 5cm、 40 cm X 2 3 cm X 5cm、50cmX 28cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、70cmX 3 8 cm X 5cm、 80cm X 43cm X 5cm、90cm X 48cm X 5cm 共 7 块侧垫板。④平面尺寸为40cmX40cm的结构面试验时需选择尺寸分别40cmX40cmX5cm、 50cm X 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、70cmX 70cm X 5cm、80cmX 8 0 cm X 5cm、 90cmX90cmX5cm 共 6 块底垫板和尺寸分别为 40cmX 23cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm 共 6 块侧垫板。⑤平面尺寸为50cmX50cm的结构面试验时需选择尺寸分别50cmX50cmX5cm、 60cmX60cmX5cm、70cmX70cmX5cm、80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm 共 5 块底垫板 和尺寸分别为 50cm X 28cm X 5cm、60cm X 33cm X 5cm、70cm X 38cm X 5cm、80cm X 43cm X 5cm、 90cmX48cmX5cm共5块侧垫板。⑥平面尺寸为60cmX60cm的结构面试验时需选择尺寸分别60c mX60cmX5cm、 70cm X 70cm X 5cm、80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 4 块底垫板和尺寸分别为 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm 共 4 块侧垫板。⑦平面尺寸为70cmX70cm的结构面试验时需选择尺寸分别70cmX70cmX5cm、 80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 3 块底垫板和尺寸分别为 70cm X 38cm X 5cm、 80cm X 43cm X 5cm、90cm X 48cm X 5cm 共 3 块侧垫板。⑧平面尺寸为80cmX80cm的结构面试验时需选择尺寸分别80cmX80cmX5cm、 90cmX90cmX5cm 共 2 ±夬底垫板和尺寸分别为 80cm X 43cm X 5cm、90cm X 48cm X 5cm 共 2 土夬
侧垫板。⑨平面尺寸为90cmX90cm的结构面试验时需选择尺寸90cmX90cmX5cm共1块 底垫板和尺寸为90cmX48cmX5cm共1块侧垫板。⑩平面尺寸为IOOcmX IOOcm的结构面试验时无需选用底和侧垫板。(b)安装底垫板。把选好的试样底垫板按照不同垫板的尺寸根据先大后小的原则 进行安装，安装过程中要保证底垫板的形心是在同一条竖直直线上。下面针对不同尺寸的 结构面进行详细说明。①平面尺寸为IOcmX IOcm的结构面需要在钢框架外部横向平台上由大到小的顺 序(大的底垫板在下，小的底垫板在上，余同)安装90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、 70cm X 70cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、 30cmX 30cmX 5cm、20cmX 20cmX 5cm、IOcmX IOcmX 5cm 共 9 块底垫板,要求所有底垫板的
形心是在同一竖直直线上。②平面尺寸为20CmX20Cm的结构面需要在钢框架外部横向平台上由大到小 的顺序安装 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX 50cmX 5cm、40cmX40cmX 5cm、30cmX 30cmX 5cm、20cmX 20cmX 5cm 共 8 块底垫板，
要求所有底垫板的形心是在同一竖直直线上。③平面尺寸为30CmX30Cm的结构面需要在钢框架外部横向平台上由大到小 的顺序安装 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX 50cmX 5cm、40cmX40cmX 5cm、30cmX 30cmX 5cm 共 7 块底垫板，要求所有底垫板的形心是在同一竖直直线上。④平面尺寸为40CmX40Cm的结构面需要在钢框架外部横向平台上由大到小的顺序安装 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX 50cmX 5cm,40cmX 40cmX 5cm共6块底垫板，要求所有底垫板的形心是在同一竖直
直线上。⑤平面尺寸为50CmX50Cm的结构面需要在钢框架外部横向平台上由大到小 的顺序安装 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50CmX50CmX5Cm共5块底垫板，要求所有底垫板的形心是在同一竖直直线上。⑥平面尺寸为60CmX60Cm的结构面需要在钢框架外部横向平台上由大到小的顺 序安装 90cmX 90cmX 5cm、80cmX80cmX 5cm、70cmX 70cmX 5cm、60cmX 60cmX 5cm 共 4 块底 垫板，要求所有底垫板的形心是在同一竖直直线上。⑦平面尺寸为70CmX70Cm的结构面需要在钢框架外部横向平台上由大到小的顺 序安装 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm 共 3 块底垫板,要求所有底
垫板的形心是在同一竖直直线上。⑧平面尺寸为80CmX80Cm的结构面需要在钢框架外部横向平台上由大到小的顺 序安装90cmX 90cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm共2块底垫板，要求所有底垫板的形心是在同
一竖直直线上。⑨平面尺寸为90cmX 90cm的结构面需要在钢框架外部横向平台上安装 90cmX90cmX5cm的1块底垫板。⑩平面尺寸为IOOcmX IOOcm的结构面无需用底垫板，直接放在外部横向平台。(c)安装试样。把用于结构面直剪试验的试样放在已安装好的底垫板上，同样在安 装的过程中要保证试样的形心与其下部所有已安装好的底垫板的形心在同一竖直直线上。 下面针对不同尺寸的结构面进行详细说明。①平面尺寸为IOcmX IOcm的结构面试样放在尺寸为IOcmX IOcmX 5cm的底垫板 上，要求试样形心和底垫板的形心是在同一竖直直线上。②平面尺寸为20cmX 20cm的结构面试样放在尺寸为20cmX 20cmX 5cm的底垫板 上，要求试样形心和底垫板的形心是在同一竖直直线上。③平面尺寸为30cmX 30cm的结构面试样放在尺寸为30cmX 30cmX 5cm的底垫板 上，要求试样形心和底垫板的形心是在同一竖直直线上。④平面尺寸为40cmX40cm的结构面试样放在尺寸为40cmX4cmX5cm的底垫板 上，要求试样形心和底垫板的形心是在同一竖直直线上。⑤平面尺寸为50cmX 50cm的结构面试样放在尺寸为50cmX 50cmX 5cm的底垫板 上，要求试样形心和底垫板的形心是在同一竖直直线上。⑥平面尺寸为60cmX 60cm的结构面试样放在尺寸为60cmX 60cmX 5cm的底垫板 上，要求试样形心和底垫板的形心是在同一竖直直线上。⑦平面尺寸为70cmX 70cm的结构面试样放在尺寸为70cmX 70cmX 5cm的底垫板 上，要求试样形心和底垫板的形心是在同一竖直直线上。⑧平面尺寸为80cmX 80cm的结构面试样放在尺寸为80cmX 80cmX 5cm的底垫板 上，要求试样形心和底垫板的形心是在同一竖直直线上。[0043] ⑨平面尺寸为90cmX 90cm的结构面试样放在尺寸为90cmX 90cmX 5cm的底垫板 上，要求试样形心和底垫板的形心是在同一竖直直线上。⑩平面尺寸为IOOcmX IOOcm的结构面直接在钢框架外部横向平台上即可即可。(d)移动底垫板和试样。利用大型直剪仪的水平液压系统，把已安装好的试样及底 垫板移到大型直剪仪的内部，在移动过程中，要保证试样与底垫板整体移动，且移动好的试 样形心、垫板的形心及竖向加载系统(竖向油缸)的中心轴在同一竖直直线上。(e)安装侧垫板。把选好的试样侧垫板按照不同垫板的尺寸根据先大后小的原则 进行安装，安装过程中要保证侧垫板的上表面在同一条水平面上。下面针对不同尺寸的结 构面进行详细说明。①平面尺寸为IOcmXlOcm的结构面需要在钢框架内部空间的传力板的左侧 由大到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90cmX48cmX5cm、 80cm X 4 3 cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 28 cm X 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、20cmX 13cmX 5cm、IOcmX 8cmX 5cm 共 9 块侧垫板，要 求所有侧垫板和传力板的上表面是在同一水平面上。②平面尺寸为20cm X 20cm的结构面需要在钢框架内部空间的传力板的左侧 由大到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cm X 2 8 cm X 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、20cmX 13cmX 5cm 共 8 ±夬侧垫板，要求所有侧垫板和 传力板的上表面是在同一水平面上。③平面尺寸为30cm X 30cm的结构面需要在钢框架内部空间的传力板的左侧 由大到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 2 8 cm X 5cm、 40cmX23cmX5cm、30cmX18cmX5cm共7块侧垫板，要求所有侧垫板和传力板的上表面是
在同一水平面上。④平面尺寸为40cm X 40cm的结构面需要在钢框架内部空间的传力板的左侧 由大到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cm X 2 8 cm X 5cm、 40cmX23cmX5cm共6块侧垫板，要求所有侧垫板和传力板的上表面是在同一水平面上。⑤平面尺寸为50CmX50Cm的结构面需要在钢框架内部空间的传力板的左侧 由大到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm 共 5 块侧垫板， 要求所有侧垫板和传力板的上表面是在同一水平面上。⑥平面尺寸为60CmX60Cm的结构面需要在钢框架内部空间的传力板的左侧 由大到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm 共 4 块侧垫板，要求所有侧垫板和 传力板的上表面是在同一水平面上。⑦平面尺寸为70CmX70Cm的结构面需要在钢框架内部空间的传力板的左侧 由大到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90cmX48cmX5cm、 80cmX43cmX 5cm,70cmX 38cmX 5cm共3块侧垫板，要求所有侧垫板和传力板的上表面是在同一水平面上。⑧平面尺寸为80cm X 80cm的结构面需要在钢框架内部空间的传力板的左侧 由大到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90cmX48cmX5cm、 80cmX43cmX5cm共2块侧垫板，要求所有侧垫板和传力板的上表面是在同一水平面上。⑨平面尺寸为90CmX90Cm的结构面需要在钢框架内部空间的传力板的左侧由大 到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90CmX48CmX5Cm共1块侧垫 板，要求侧垫板和传力板的上表面是在同一水平面上。⑩平面尺寸为IOOcmX IOOcm的结构面不需要侧垫板，直接把试样紧靠在传力板上。(f)微调并校准。校准试样与垫板的安装精度，并利用液压传力系统进行局部调整(g)直剪试验完成后，把试样、底垫板和侧垫板一起从钢框架内部移到横向平台 上，然后再按照由大到小的顺序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)移去侧垫板。下 面针对不同尺寸的结构面进行详细说明。①平面尺寸为IOcmXlOcm的结构面按照由大到小的顺序(大的侧垫板在右， 小的底垫板在左，余同)移去 90cmX48cmX5cm、80cmX43cmX5cm、70cmX38cmX5cm、 60cm X 3 3 cm X 5cm、50cmX 28cm X 5cm、40cmX 2 3 cm X 5cm、30cmX 18 cm X 5cm、 20cmX 13cmX 5cm、IOcmX 8cmX 5cm 共 9 块侧垫板。②平面尺寸为20cmX20cm的结构面按照由大到小的顺序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 28 cm X 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、20cmX 13cmX 5cm 共 8 块侧垫板。③平面尺寸为30cmX30cm的结构面按照由大到小的顺序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 28 cm X 5cm、 40cm X 23cm X 5cm、30cm X 18cm X 5cm 共 7 块侧垫板。④平面尺寸为40cmX40cm的结构面按照由大到小的顺序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 28 cm X 5cm、 40cm X 23cm X 5cm共6块侧垫板。⑤平面尺寸为50cmX50cm的结构面按照由大到小的顺序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm 共 5 块侧垫板。⑥平面尺寸为60cmX60cm的结构面按照由大到小的顺序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cm X 38cm X 5cm、60cm X 33cm X 5cm 共 4 块侧垫板。⑦平面尺寸为70cmX70cm的结构面按照由大到小的顺序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cm X 38cm X 5cm 共 3 块侧垫板。⑧平面尺寸为80cmX80cm的结构面按照由大到小的顺序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cm X 5cm共2块侧垫板。⑨平面尺寸为90cmX90cm的结构面移去90cmX48cmX 5cm的侧垫板。⑩平面尺寸为IOOcmX IOOcm的结构面因为不需要侧垫板，故无需移垫板。(h)移去试样。把已完成结构面直剪试验的试样从底垫板上移去。(i)最后移去底垫板，按照由小到大的顺序(大的底垫板在上，小的底垫板在下，余同)移去底垫板。下面针对不同尺寸的结构面进行详细说明。①平面尺寸为IOcmX IOcm的结构面按照由小到大的顺序移去IOcmX IOcmX 5cm, 20 cm X 20 cm X 5 cm、30 cm X 30 cm X 5 cm、40 cm X 40cmX 5 cm、50 cm X 50 cm X 5 cm、 60cmX 60cmX 5cm、70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm 共 9 块底垫板。②平面尺寸为20cmX20cm的结构面按照由小到大的顺序移去20cmX20cmX5cm、 30cm X 30cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60 cm X 5cm、 70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm 共 8 块底垫板。③平面尺寸为30cmX30cm的结构面按照由小到大的顺序移去30cmX30cmX5cm、 40 cm X 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、70cmX 70 cm X 5cm、 80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm 共 7 块底垫板。④平面尺寸为40cmX40cm的结构面按照由小到大的顺序移去40cmX40cmX5cm、 50cm X 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、70cmX 70cm X 5cm、80cmX 80 cm X 5cm、 90cm X 90cm X 5cm共6块底垫板。⑤平面尺寸为50cmX50cm的结构面按照由小到大的顺序移去50cmX50cmX5cm、 60cmX 60cmX 5cm、70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm 共 5 块底垫板。⑥平面尺寸为60cmX60cm的结构面按照由小到大的顺序移去60cmX60cmX5cm、 70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm 共 4 块底垫板。⑦平面尺寸为70cmX70cm的结构面按照由小到大的顺序移去70cmX70cmX5cm、 80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm 共 3 块底垫板。⑧平面尺寸为80cmX80cm的结构面按照由小到大的顺序移去80cmX80cmX5cm、 90cm X 90cm X 5cm 共 2 块底垫板。。⑨平面尺寸为90cmX90cm的结构面按照由小到大的顺序移去90cmX90cmX5cm
共1块底垫板。。⑩平面尺寸为IOOcmX IOOcm的结构面因为不需要底垫板，故无需移垫板。本发明的有益效果为与现有技术相比，本发明能够在同一直剪试验仪上实现多 尺度(IOcmX IOcm-IOOcmX 100cm)的岩体试样的结构面直剪试验。利用该多尺度的岩石结 构面直剪仪器的试验结果可分析岩体结构面抗剪强度的尺寸效应，就能得到稳定的抗剪强 度阈值，故多尺度的试验结果不需人为折减便可直接应用到实际岩体工程中。本发明可以 广泛应用于交通、土木、水利、矿山、工程地质等方面，具有很大的实施价值和良好的社会经 济效益。
图1是大型岩体结构面直剪试验仪及多尺度转换系统截面图，其中，1-框架；2-剪 切加载系统(剪切向油缸和压力传感器)；3-试样校正位置的油压千斤顶；4-竖向加载系 统(竖向油缸和压力传感器)；5-上部垫板；6-滚轴排；7下部垫板；8-测量标点；9-位移 测表；10-传力板；11-不同尺寸的试样底垫板；12-不同尺寸的试样侧垫板；13-岩体试样； 14-岩体试样的结构面(受剪面)；15-竖向油压系统的对称轴；16-横向平台板；17-横向 平台板内导槽；18-水平液压系统。图2是大型岩体结构面直剪试验仪及多尺度转换系统的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。参照图1和图2，一种多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，包括钢结构框架1、竖向加载系统4、剪切加载系统2、竖向位移传感器、剪切向位移传感器和试样13，所述竖向加载 系统4伸入所述钢结构框架的顶面，所述竖向加载系统4位于所述试样的上方，所述剪切加 载系统2伸入所述钢结构框架的侧面，所述剪切加载系统2位于所述试样的侧边，所述试 样12包括上部试样和下部试样，所述上部试样放在所述下部试样上，所述直剪试验仪还包 括η块底垫板11和η块侧垫板12，其中，η为自然数，且1彡η彡9，η块底垫板依照面积 大小从上到下依次叠加形成底垫板组件，所述底垫板组件的上部的面积等于大型岩体结构 面直剪试验仪的下部试样底面的面积，所述底垫板组件的上部与所述下部试样底面受力接 触，底垫板组件的下部与所述钢结构框架受力接触，各块底垫板和上部试样、下部试样的形 心位于同一竖直直线上；侧垫板12位于下部试样的侧面，在所述相邻底垫板之间的台阶、最下部分的底垫 板与所述框架之间的台阶上放置所述侧垫板，所述侧垫板的宽度与所述台阶的宽度相同， 各个侧垫板的顶面位于同一平面上，且所述同一平面比上部试样和下部试样之间的结构面 低；距离下部试样侧面最远的侧垫板与所述钢结构框架受力接触。所述底垫板11的高度和侧垫板12的宽度相等。再进一步，所述距离下部试样最 远的侧垫板12与所述钢结构框架1之间设有传力板10。为了说明多尺度大型直剪仪的多尺度试样的操作过程，本实施例以平面尺寸 50cmX50cm的试样结构面为例对其多尺度转换系统进行说明。(1)选择底垫板和侧垫板由于所采用的试样为50CmX50Cm的结构面，因此需要选择底垫板和侧垫板 各 5 块。5 块底垫板的尺寸50cm X 50cm X 5cm、60cm X 60cm X 5cm、70cm X 70cm X 5cm、 80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm。5 块侧垫板的尺寸是 50cm X 28cm X 5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm。(2)安装底垫板。平面尺寸为50CmX50Cm的结构面需要在钢框架内部空间的底部上由大到小 的顺序安装 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50CmX50CmX5Cm共5块底垫板，要求底垫板的形心是在同一竖直直线上。(3)安装试样在最上面一块底垫板上进行50CmX50CmX25Cm(上下盘，共2个)试样的安装，要 求试样形心、底垫板的形心是在同一竖直直线上。要求结构面的上下盘完全吻合。(4)移动底垫板和试样把安装好的底垫板和试样在水平液压传力系统的作用下，移到直剪仪主框架之 内，并要求和竖向的加压系统的形心在同一竖直线上。(5)安装侧垫板当底垫板和试样移到位置后，在钢框架内部空间的传力板的左侧上由大到小的顺 序(大的侧垫板在右，小的底垫板在左，余同)安装90cmX48cmX5cm、80cmX43cmX5cm、70cmX38cmX5cm、60cmX33cmX5cm、50cmX28cmX5cm 共 5 块侧垫板，要求所有侧垫板和 传力板的上表面是在同一水平面上。(6)底垫板、试样及侧垫板安装完成结构面尺寸为50cmX 50cm的试样，在进行直剪试验时共需要5块底垫板和5块侧
垫板。(7)对结构面进行直剪试验直到该结构面试样发生剪切破坏，此时结构面上下盘 (即结构面模型的上部试样与下部试样)已发生较大错位。(8)把破坏后的试样、底垫板和侧垫板移出；(9)按照由大到小的顺序把侧垫板移去。(10)把破坏后的试样移去。(11)按照由小到大的顺序把底垫板移去。
权利要求一种多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，包括钢结构框架、竖向加载系统、剪切加载系统、竖向位移传感器、剪切向位移传感器和试样，所述竖向加载系统伸入所述钢结构框架的顶面，所述竖向加载系统位于所述试样的上方，所述剪切加载系统伸入所述钢结构框架的侧面，所述剪切加载系统位于所述试样的侧边，所述试样包括上部试样和下部试样，所述上部试样放在所述下部试样上，其特征在于所述直剪试验仪还包括n块底垫板和n块侧垫板，其中，n为自然数，且1≤n≤9，n块底垫板依照面积大小从上到下依次叠加形成底垫板组件，所述底垫板组件的上部的面积等于大型岩体结构面直剪试验仪的下部试样底面的面积，所述底垫板组件的上部与所述下部试样底面受力接触，底垫板组件的下部与所述钢结构框架受力接触，各块底垫板和上部试样、下部试样的形心位于同一竖直直线上；侧垫板位于下部试样的侧面，在所述相邻底垫板之间的台阶、最下部分的底垫板与所述框架之间的台阶上放置所述侧垫板，所述侧垫板的宽度与所述台阶的宽度相同，各个侧垫板的顶面位于同一平面上，且所述同一平面比上部试样和下部试样之间的结构面低；距离下部试样侧面最远的侧垫板与所述钢结构框架受力接触。
2.如权利要求1所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所述底垫板 的高度和侧垫板的宽度相等。
3.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所述距 离下部试样最远的侧垫板与所述钢结构框架之间设有传力板。
4.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于试样 的横截面为IOcmX 10cm，η = 9，各个底垫板的横截面分别为IOcmX 10cm、20cmX20cm、 30cmX 30cm、40cmX40cm、50cmX 50cm、60cmX60cm、70cmX 70cm、80cmX80cm 禾口 90cmX90cm。
5.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所述试 样的横截面为20cmX20cm，η = 8，各个底垫板的横截面分别为20cmX20cm、30cmX30cm、 40cmX 40cm、50cmX 50cm、60cmX 60cm、70cmX 70cm、80cmX 80cm 禾P 90cmX 90cm。
6.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所述试 样的横截面为30cmX 30cm，η = 7，各个底垫板的横截面分别为30cmX 30cm、40cmX 40cm、 50cmX 50cm、60cmX 60cm、70cmX 70cm、80cmX 80cm 禾P 90cmX 90cm。
7.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所述试 样的横截面为40cmX40cm，η = 6，各个底垫板的横截面分别为40cmX40cm、50cmX50cm、 60cmX 60cm、70cmX 70cm、80cmX 80cm 禾P 90cmX 90cm。
8.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所述试 样的横截面为50cmX50cm，η = 5，各个底垫板的横截面分别为50cmX50cm、60cmX60cm、 70cmX70cm、80cmX80cm 禾P 90cmX90cm。
9.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所述试 样的横截面为60cmX60cm，η = 4，各个底垫板的横截面分别为60cmX60cm、70cmX70cm、 80cmX80cm 禾P 90cmX90cm。
10.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所述试 样的横截面为70cm X 70cm，η = 3，各个底垫板的横截面分别为70cm X 70cm、80cm X 80cm禾口 90cmX90cm。
11.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所 述试样的横截面为80cmX80cm，η = 2，各个底垫板的横截面分别为80CmX80Cm和 90cmX90cm。
12.如权利要求1或2所述的多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，其特征在于所述试 样的横截面为90cmX90cm，η = 1，底垫板的横截面为90cmX90cm。
专利摘要一种多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，包括钢结构框架、竖向加载系统、剪切加载系统、竖向位移传感器、剪切向位移传感器和试样，还包括n块底垫板和n块侧垫板，n块底垫板依照面积大小从上到下依次叠加形成底垫板组件，底垫板组件的上部与下部试样底面受力接触，底垫板组件的下部与框架受力接触，各块底垫板和上部试样、下部试样的形心位于同一竖直直线上；在相邻底垫板之间的台阶、最下部分的底垫板与框架之间的台阶上放置侧垫板，各个侧垫板的顶面位于同一平面上，且同一平面比上部试样和下部试样之间的结构面低；距离下部试样侧面最远的侧垫板与框架受力接触。本实用新型能进行不同尺度的结构面抗剪强度直剪试验。
文档编号G01N3/24GK201555778SQ20092020170
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者朱连根, 杜时贵, 罗战友, 贾汝达, 陈吉瑜, 黄曼 申请人:杜时贵