适用于具有等高度且任意平面尺寸规则形结构面的无级可调剪切盒的制作方法

本发明涉及适用于具有等高度且任意平面尺寸规则型结构面的无级可调剪切盒，适用于最大可测试尺寸范围内的任意规则形尺寸结构面的直剪试验，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，要进行系列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、试验周期长、占用空间大等不足，本发明提供一种用于具有等高度且任意平面尺寸规则型结构面的无级可调剪切盒，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：

一种适用于具有等高度且任意平面尺寸规则形结构面的无级可调剪切盒，所述无级可调剪切盒包括用于安装上盘结构面试样的上盘剪切盒和用于安装下盘结构面试样的下盘剪切盒，所述上盘剪切盒与下盘剪切盒结构一致；

所述上剪切盒包括上剪切盒底座和四个上剪切盒无级支座，上剪切盒底座沿四条边内部设有倒t形限位导槽，分别为上剪切盒一号滑动导槽与上剪切盒二号滑动导槽，且两导槽相互垂直；上剪切盒无级支座由上限位板、上连接轴、上底座板、上加固条、上固定栓组成，且上限位板上设有两个带螺纹的上固定孔，四无级支座分别对称插入上剪切盒一号滑动导槽与上剪切盒二号滑动导槽内；

所述下剪切盒包括下剪切盒底座和四个下剪切盒无级支座，其中下剪切盒底座沿四条边内部设有倒t形限位导槽，分别为下剪切盒一号滑动导槽与下剪切盒二号滑动导槽，且两导槽相互垂直；下剪切盒无级支座由下限位板、下连接轴、下底座板、下加固条、下固定栓组成，且下限位板上设有两个带螺纹上固定孔，四无级支座分别对称插入下剪切盒一号滑动导槽与下剪切盒二号滑动导槽内。

进一步，所述上剪切盒底座为正方形，所述正方形设有横边和纵边，所述横边和纵边相互垂直；所述上剪切盒一号滑动槽与上剪切盒底座的横边平行，所述上剪切盒二号滑动槽与上剪切盒底座纵边平行，所述上剪切盒一号滑动槽与上剪切盒二号滑动槽相互垂直；为上剪切盒无级支座提供轨道，使得上剪切盒无级支座能在滑动槽内滑动，从而控制上剪切盒的尺寸。

优选的，所述上剪切盒一号滑动槽和上剪切盒二号滑动槽分别位于所述上剪切盒底座的中心线上。

再进一步，所述上剪切盒无级支座中，上底座板上设有两个带螺纹的上固定孔，通过固定栓将四个无级支座分别对称固定在上剪切盒一号滑动导槽与上剪切盒二号滑动导槽内，从而实现上剪切盒无级支座在导槽内滑动及固定。

更进一步，所述下剪切盒底座为正方形，所述正方形设有横边和纵边，所述横边和纵边相互垂直；所述下剪切盒一号滑动槽与下剪切盒底座的横边平行，所述下剪切盒二号滑动槽与下剪切盒底座纵边平行，所述下剪切盒一号滑动槽与下剪切盒二号滑动槽相互垂直，为下剪切盒无级支座提供轨道，使得下剪切盒无级支座能在滑动槽内滑动，从而控制下剪切盒的尺寸。

优选的，所述下剪切盒一号滑动槽和下剪切盒二号滑动槽分别位于所述下剪切盒底座的中心线上。

所述下剪切盒无级支座中，下底座板上设有两个带螺纹的下固定孔，通过固定栓将四个无级支座分别对称固定在下剪切盒一号滑动导槽与下剪切盒二号滑动导槽内，从而实现下剪切盒无级支座在导槽内滑动及固定。

本发明的无级可调的结构面剪切盒，虽然剪切盒只有一个，但是能实现在最大可测试范围内任意尺寸规则形的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。通过剪切盒的水平方向无级可调装置可实现在最大可测试范围内任意尺寸的规则形结构面试样直剪试验。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只有一个，可通过滑动上下剪切盒导槽内的限位支座以实现平行于剪切盒四条边的无级限位。2)操作简单。可直接根据试样尺寸，滑动限位支座来控制剪切盒装样尺寸，操作简单快捷，从而节省大量时间。3)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是剪切盒正视图图。。

图3是上(下)剪切盒俯视图

图4是上剪切盒(下剪切盒)无级支座的示意图。

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4，一种适用于等高度多尺寸结构面的无级可调剪切盒，由用于安装上盘结构面试样a的上剪切盒1与用于安装下盘结构面试样b的下剪切盒2组成。

上剪切盒包括上剪切盒底座101和四个上剪切盒无级支座3，其中上剪切盒底座101为正方形，且沿四条边内部设有倒t形限位导槽，分别为上剪切盒一号滑动导槽102与上剪切盒二号滑动导槽103，且两导槽相互垂直。上剪切盒无级支座3由上限位板301、上连接轴302、上底座板303、上加固条304、上固定栓305组成，且上限位板302上设有两个带螺纹的上固定孔306，四个无级支座分别对称插入上剪切盒一号滑动导槽102与上剪切盒二号滑动导槽103内。

下剪切盒包括下剪切盒底座201和四个下盘剪切盒无级支座4，其中下剪切盒底座201沿四条边内部设有倒t形限位导槽，分别为下剪切盒一号滑动导槽202与下剪切盒二号滑动导槽203，且两导槽相互垂直；下剪切盒无级支座4由下限位板401、下连接轴402、下底座板403、下加固杆404、下固定栓405组成，且下限位板402上设有两个带螺纹下固定孔406，四个无级支座分别对称插入下剪切盒一号滑动导槽202与下剪切盒二号滑动导槽203内。

所述上剪切盒底座101为正方形，且沿四条边内部设有倒t形限位导槽，分别为上剪切盒一号滑动导槽102与上剪切盒二号滑动导槽103，且两导槽相互垂直(优选的，所述上剪切盒一号滑动槽和上剪切盒二号滑动槽分别位于所述上剪切盒底座的中心线上)，材质为不锈钢，主要为上剪切盒1传递法向荷载，同时为上剪切盒无级支座3提供滑动槽。所述上剪切盒一号滑动导槽102设置在上剪切盒底座101对边上，同时与上剪切盒二号滑动导槽103相互垂直，主要为上剪切盒无级支座3提供轨道，使得上剪切盒无级支座3能在滑动槽内滑动，从而控制上剪切盒1的尺寸。所述上剪切盒二号滑动导槽103设置在上剪切盒底座101对边上，同时与上剪切盒一号滑动导槽102相互垂直，主要为上剪切盒无级支座3提供轨道，使得上剪切盒无级支座3能在滑动槽内滑动，从而控制上剪切盒1的尺寸。所述上剪切盒无级支座3主要包括上限位板301、上连接轴302、上底座板303、上加固条304、上固定栓305组成，为保证上连接轴302与上底座板303尺寸跟滑动导槽尺寸吻合不宜采用焊接，因此整个上剪切盒无级支座3应直接浇筑而成，且上限位板302底座上设有两个带螺纹的上固定孔306，通过固定栓将四个无级支座分别对称固定在上剪切盒一号滑动导槽102与上剪切盒二号滑动导槽103内，从而实现上剪切盒无级支座3在导槽内滑动及固定。

所述下剪切盒底座201为正方形，且沿四条边内部设有倒t形限位导槽，分别为下剪切盒一号滑动导槽202与下剪切盒二号滑动导槽203，且两导槽相互垂直(优选的，所述下剪切盒一号滑动槽和下剪切盒二号滑动槽分别位于所述下剪切盒底座的中心线上)，材质为不锈钢，主要作为下盘试样b的承载区，同时为下剪切盒无级支座4提供滑动槽。所述下剪切盒一号滑动导槽203设置在上剪切盒底座101对边上，同时与下剪切盒二号滑动导槽203相互垂直，主要为下剪切盒无级支座4提供轨道，使得下剪切盒无级支座4能在滑动槽内滑动，从而控制下剪切盒2的尺寸。所述下剪切盒二号滑动导槽203设置在下剪切盒底座201对边上，同时与下剪切盒一号滑动导槽201相互垂直，主要为下剪切盒无级支座4提供轨道，使得下剪切盒无级支座4能在滑动槽内滑动，从而控制下剪切盒2的尺寸。所述下剪切盒无级支座4主要包括下限位板401、下连接轴402、下底座板403、下加固杆404、下固定栓405组成，为保证下连接轴402与下底座板403尺寸跟滑动导槽尺寸吻合不宜采用焊接，因此整个下剪切盒无级支座4应直接浇筑而成，且下限位板402底座上设有两个带螺纹的下固定孔406，通过固定栓将四个无级支座分别对称固定在下剪切盒一号滑动导槽202与下剪切盒二号滑动导槽203内，从而实现下剪切盒无级支座4在导槽内滑动及固定。

本实例的适用于具有等高度且任意平面尺寸规则形结构面的无级可调剪切盒组装方法，包括如下步骤：

1)选择测试结构面试样尺寸。根据试验设计方案选择相应结构面试样。

2)组装下盘剪切盒2。将下剪切盒底座201置于直剪试验仪剪切盒盛放台上，并将四个下剪切盒无级支座4分别插入下剪切盒一号导槽202与下剪切盒二号导槽内203，并滑移到下剪切盒2最大尺寸处，以便下盘结构面试样b的安放。

3)放置下盘结构试样b。将下盘结构面试样b放置在下剪切盒2中部。

4)固定下剪切盒无级支座4。滑移下剪切盒无级支座4，使上限位板401与下盘结构面试样b四条边紧密接触，并利用下固定栓405分别将四个下剪切盒无级支座4固定，使得下盘结构面试样b固定在下剪切盒2内。

5)吻合放置上盘结构面试样a于下盘结构面试样b上。将上盘结构面试样a放置在下盘结构面试样b上，要求上盘结构面试样a与下盘结构面试样b对齐。

6)组装上盘剪切盒。将上剪切盒底座101置于零件盛放台上，并将四个上剪切盒无级支座3分别插入上剪切盒一号导槽与上剪切盒二号导槽内，并滑移到剪切盒最大尺寸处，以便上盘结构面试样吻合置于上剪切盒中部。

7)固定上剪切盒无级支座3。滑移上剪切盒无级支座3，使上限位板301与上盘结构面四条边紧密接触，并利用上固定栓305分别将四个上剪切盒无级支座3固定，使得上盘结构面固定在下剪切盒内。

8)进行直剪试验。上述结构面试样安放并固定完成后，便可进行直剪试验。

9)拆卸剪切盒。松动上剪切盒上固定栓305和下剪切盒下固定栓405，并将上剪切盒无级支座3和下剪切盒无级支座4卸下，并依次取出上剪切盒底座101，上盘结构面试样，下盘结构面试样。

10)该过程为完成一次直剪试验，后续试验则可按步骤1)～9)进行。

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。

上(下)剪切盒底座尺寸为400mm×400mm，厚50mm，且延四条边内部设有倒t形限位导槽，导槽与上(下)连接轴接触部分高20mm，宽30mm，导槽与上(下)固定板接触部分高10mm，宽70mm，上剪切盒(下剪切盒)一号导槽与上剪切盒(下剪切盒)二号导槽垂直设置在上(下)剪切盒地板内，材质为不锈钢。上剪切盒(下剪切盒)无级支座中上(下)限位板厚5mm，高40mm，上(下)限位板底座板厚10mm，在上(下)限位板底座上分别设有两个直径为10mm的螺纹孔，上(下)连接轴直径为30mm，高为20mm，上(下)底座板尺寸为长70mm，宽20mm，厚10mm，为保证上剪切盒(下剪切盒)无级支座能在滑动导槽内顺畅滑动，因此整个上剪切盒(下剪切盒)无级支座应直接浇筑而成，不宜采用焊接，且材质为不锈钢，上(下)固定栓直径为10mm，长为40mm，材质为不锈钢。当上剪切盒(下剪切盒)无级支座中上组装到底板中时，滑到最外侧，上(下)限位板固定区尺寸为300mm×300mm。

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等高度多尺寸结构面的无级可调剪切盒及其组装方法，方便、快速、实用。

适用于具有等高度且任意平面尺寸规则形结构面的无级可调剪切盒及其组装方法包括如下步骤：

1)选择测试结构面试样尺寸。根据试验试验设计方案选择相应结构面试样。

2)组装下盘剪切盒2。将下剪切盒底座201置于直剪试验仪剪切盒盛放台上，并将四个下剪切盒无级支座4分别插入下剪切盒一号导槽202与下剪切盒二号导槽内203，并滑移到下剪切盒2最大尺寸处，以便下盘结构面试样b的安放。

3)放置下盘结构试样b。将下盘结构面试样b放置在下剪切盒2中部。

4)固定下剪切盒无级支座4。滑移下剪切盒无级支座4，使上限位板401与下盘结构面试样b四条边紧密接触，并利用下固定栓405分别将四个下剪切盒无级支座4固定，使得下盘结构面试样b固定在下剪切盒2内。

5)吻合放置上盘结构面试样a于下盘结构面试样b上。将上盘结构面试样a放置在下盘结构面试样b上，要求上盘结构面试样a与下盘结构面试样b对齐。

6)组装上盘剪切盒。将上剪切盒底座101置于零件盛放台上，并将四个上剪切盒无级支座3分别插入上剪切盒一号导槽与上剪切盒二号导槽内，并滑移到剪切盒最大尺寸处，以便上盘结构面试样吻合置于上剪切盒中部。

7)固定上剪切盒无级支座3。滑移上剪切盒无级支座3，使上限位板301与上盘结构面四条边紧密接触，并利用上固定栓305分别将四个上剪切盒无级支座3固定，使得上盘结构面固定在下剪切盒内。

8)进行直剪试验。上述结构面试样安放并固定完成后，便可进行直剪试验。

9)拆卸剪切盒。松动上剪切盒上固定栓305和下剪切盒下固定栓405，并将上剪切盒无级支座3和下剪切盒无级支座4卸下，并依次取下上剪切盒底座101，上盘结构面试样，下盘结构面试样。

10)该过程为完成一次直剪试验，后续试验则可按步骤1)～9)进行。