一种岩体结构面简易循环剪切仪及试验方法与流程

本发明属于岩土试验装置领域，具体涉及一种岩体结构面简易循环剪切仪，还涉及一种岩体结构面简易循环剪切试验方法，还涉及一种岩体结构面和围岩衬砌接触面的剪切各向异性试验方法。

背景技术：

在地震作用下，地震波自下而上传播，岩体结构面、岩石工程衬砌与围岩接触面等在地震波的反复作用下，将沿接触界面发生循环剪切滑动，为了研究岩体结构面、围岩-衬砌接触面在循环剪切作用下的力学性质，分析接触面强度和变形随剪切次数、速率等的变化规律，需要开展岩体结构面和围岩衬砌接触面的循环剪切试验。

当前，岩体结构面剪切装置大部分都只能实现单向的直剪功能，为了实现循环剪切过程，则需倒转剪切盒或人工进行复位，以便再次剪切，但是这种方法在操作上存在较大的不方便，且在多次循环剪切中，这种不便性更加凸显。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种岩体结构面简易循环剪切仪，还提供了一种岩体结构面简易循环剪切试验方法，还提供了一种岩体结构面和围岩衬砌接触面的剪切各向异性试验方法，可用于研究岩体结构面在循环剪切过程中的力学性质，获取循环剪切应力-应变曲线，为结构面抗震潜力评估提供主要的基础资料。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种岩体结构面简易循环剪切仪，包括固定底板，固定底板上设置有第一侧板和第二侧板，固定底板上放置有滑板，滑板位于第一侧板和第二侧板之间，下剪切盒设置在滑板上，上剪切盒位于下剪切盒上方，固定千斤顶的固定座与第一侧板连接，固定千斤顶的伸缩端与上剪切盒一侧相抵，上剪切盒另一对侧与挡柱一端相抵，挡柱另一端与第二侧板连接，第一切向千斤顶的固定座与第一侧板固定，第一切向千斤顶的伸缩端与下剪切盒一侧相抵，下剪切盒另一对侧与第二切向千斤顶的伸缩端相抵，第二切向千斤顶的固定座与第二侧板固定，固定底板上还设置有立柱，立柱的顶部设置有顶板，法向千斤顶的固定座与顶板连接，法向千斤顶的伸缩端与上剪切盒顶部相抵。

如上所述的滑板通过滚轮设置在滑轨上，滑轨设置在固定底板上。

如上所述的上剪切盒为倒u形，下剪切盒为正u形。

如上所述的第一侧板的顶部和第二侧板的顶部之间通过横柱连接。

如上所述的滑板上设置有刻度线。

一种岩体结构面简易循环剪切仪，还包括用于监测法向千斤顶、第一切向千斤顶、第二切向千斤顶、固定千斤顶的伸缩端施加的剪力的压力传感器，还包括用于监测法向千斤顶、第一切向千斤顶、第二切向千斤顶、固定千斤顶的伸缩端的位移的位移传感器。

一种岩体结构面简易循环剪切试验方法，包括以下步骤：

步骤1、将现场采集到的结构面岩块加工为方形的岩体结构面试样，岩体结构面置于岩体结构面试样中间；

步骤2、将岩体结构面试样放入上剪切盒和下剪切盒中，岩体结构面试样底部设置在下剪切盒内，上剪切盒扣设在岩体结构面试样顶部，岩体结构面最上侧与上剪切盒的底部边沿的间距为5mm~10mm，岩体结构面最下侧与下剪切盒的顶部边沿的间距为5mm~10mm；

步骤3、把下剪切盒放在滑板上，根据滑板上的刻度线进行上剪切盒、岩体结构面试样和下剪切盒进行对中，上剪切盒一侧抵在挡柱的端部，启动固定千斤顶，使固定千斤顶的伸缩端与上剪切盒的另一对侧相抵；

步骤4、启动法向千斤顶，对岩体结构面试样施加法向荷载，

步骤5、在第二切向千斤顶的伸缩端为缩回状态下启动第一切向千斤顶，使第一切向千斤顶的伸缩端与下剪切盒的侧部相抵，再次启动第一切向千斤顶对下剪切盒施加向右的荷载，推动下剪切盒向右侧剪切滑动，根据压力传感器和位移传感器实时记录剪切过程中的第一切向千斤顶的剪力和位移数据，待岩体结构面剪切达到平衡后，暂停第一切向千斤顶，

步骤6、启动第二切向千斤顶，使第二切向千斤顶的伸缩端与下剪切盒另一对侧相抵，缩回第一切向千斤顶的伸缩端，再次启动第二切向千斤顶，对下剪切盒施加向左的荷载，推动下剪切盒向左侧剪切滑动，根据压力传感器和位移传感器实时记录剪切过程中的剪力和位移数据；岩体结构面剪切达到平衡后，暂停第二切向千斤顶；

重复步骤5和步骤6，对岩体结构面进行多次循环剪切，获取剪切过程中的剪力和位移数据，绘制循环剪切的应力-应变曲线。

岩体结构面和围岩衬砌接触面的剪切各向异性试验方法，包括以下步骤：

步骤1、制作出一批具有相同形貌和材料参数的试样，试样为岩体结构面试样或围岩衬砌接触面试样，

步骤2、将试样放入上剪切盒和下剪切盒中，试样底部设置在下剪切盒内，上剪切盒扣设在试样顶部，岩体结构面或围岩衬砌接触面最上侧与上剪切盒的底部边沿的间距为5mm~10mm，岩体结构面或围岩衬砌接触面最下侧与下剪切盒的顶部边沿的间距为5mm~10mm；

步骤3、把下剪切盒放在滑板上，根据滑板上的刻度线进行上剪切盒、试样和下剪切盒的对中放置，上剪切盒一侧抵在挡柱的端部，启动固定千斤顶，使固定千斤顶的伸缩端与上剪切盒的另一对侧相抵；

步骤4、启动法向千斤顶，对试样施加法向荷载；

步骤5、在第二切向千斤顶的伸缩端为缩回状态下启动第一切向千斤顶，使第一切向千斤顶的伸缩端与下剪切盒的侧部接触，再次启动第一切向千斤顶对下剪切盒施加向右的荷载，推动下剪切盒向右侧剪切滑动，根据压力传感器和位移传感器实时记录岩体结构面或围岩衬砌接触面向右剪切过程中的剪力和位移数据；

步骤6、选取下一个试样，重复步骤2-4，保证试样放置方向不变，在第一切向千斤顶为缩回状态下启动第二切向千斤顶，使第二切向千斤顶的伸缩端与下剪切盒侧部相抵，再次启动第二切向千斤顶对下剪切盒施加向左的荷载，推动下剪切盒向左侧剪切滑动，根据压力传感器和位移传感器实时记录岩体结构面或围岩衬砌接触面向左剪切过程中的剪力和位移数据。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1、可用于岩体结构面的循环剪切试验；

2、可进行岩体结构面剪切各向异性特征的研究。

附图说明

图1为本发明的正面结构视图；

图2为本发明的顶面结构视图；

图3为本发明的侧面结构视图。

其中：1-固定底板；2-顶板；3-第一侧板；4-第二侧板；5-横柱；6-立柱；7-滑板；8-上剪切盒；9-下剪切盒；10-挡柱；11-法向千斤顶；12-第一切向千斤顶；13-第二切向千斤顶；14-固定千斤顶；15-滑轨。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种岩体结构面简易循环剪切仪，包括固定底板1，固定底板1上设置有第一侧板3和第二侧板4，固定底板1上放置有滑板7，滑板7位于第一侧板3和第二侧板4之间，下剪切盒9设置在滑板7上，上剪切盒8位于下剪切盒9上方，固定千斤顶14的固定座与第一侧板3连接，固定千斤顶14的伸缩端与上剪切盒8一侧相抵，上剪切盒8另一对侧与挡柱10一端相抵，挡柱10另一端与第二侧板4连接，第一切向千斤顶12的固定座与第一侧板3固定，第一切向千斤顶12的伸缩端与下剪切盒9一侧相抵，下剪切盒9另一对侧与第二切向千斤顶13的伸缩端相抵，第二切向千斤顶13的固定座与第二侧板4固定，固定底板1上还设置有立柱6，立柱6的顶部设置有顶板2，法向千斤顶11的固定座与顶板2连接，法向千斤顶11的伸缩端与上剪切盒8顶部相抵。

如上所述的滑板7通过滚轮设置在滑轨15上，滑轨15设置在固定底板1上。

上剪切盒8为倒u形，下剪切盒9为正u形。

第一侧板3的顶部和第二侧板4的顶部之间通过横柱5连接。

滑板7上设置有刻度线。

还包括用于监测法向千斤顶11、第一切向千斤顶12、第二切向千斤顶13、固定千斤顶14的伸缩端施加的剪力的压力传感器，还包括用于监测法向千斤顶11、第一切向千斤顶12、第二切向千斤顶13、固定千斤顶14的伸缩端的位移的位移传感器。

实施例2：

利用实施例1所述的岩体结构面简易循环剪切仪进行岩体结构面的循环剪切试验方法。包括以下步骤：

步骤1、将现场采集到的含结构面岩块加工成150×150×150mm规格的岩体结构面试样，岩体结构面置于岩体结构面试样中间；

步骤2、将岩体结构面试样放入上剪切盒8和下剪切盒9中，岩体结构面试样底部设置在下剪切盒9内，上剪切盒8扣设在岩体结构面试样顶部，岩体结构面最上侧与上剪切盒8的底部边沿的间距为5mm~10mm，岩体结构面最下侧与下剪切盒9的顶部边沿的间距为5mm~10mm；

步骤3、把下剪切盒9放在滑板7上，根据滑板7上的刻度线进行上剪切盒、岩体结构面试样和下剪切盒9进行对中，上剪切盒8一侧抵在挡柱10的端部，启动固定千斤顶14，使固定千斤顶14的伸缩端与上剪切盒8的另一对侧相抵；

步骤4、启动法向千斤顶11，对岩体结构面试样施加法向荷载，

步骤5、在第二切向千斤顶13的伸缩端为缩回状态下启动第一切向千斤顶12，使第一切向千斤顶12的伸缩端刚好与下剪切盒9的侧部相抵，再次启动第一切向千斤顶12对下剪切盒9施加向右的荷载，推动下剪切盒9向右侧剪切滑动，配置的压力传感器和位移传感器实时记录剪切过程中的第一切向千斤顶12的剪力和位移数据，待岩体结构面剪切达到平衡后，暂停第一切向千斤顶12，

步骤6、启动第二切向千斤顶13，使第二切向千斤顶13的伸缩端刚好与下剪切盒9另一对侧相抵，缩回第一切向千斤顶12的伸缩端，再次启动第二切向千斤顶13，对下剪切盒9施加向左的荷载，推动下剪切盒9向左侧剪切滑动，配置的压力传感器和位移传感器实时记录剪切过程中的剪力和位移数据；岩体结构面剪切达到平衡后，暂停第二切向千斤顶13；

重复步骤5和步骤6。可以对岩体结构面进行多次循环剪切，获取剪切过程中的剪力和位移数据，绘制循环剪切的应力-应变曲线，据此研究结构面在循环剪切中的力学性质。

实施例3：

利用实施例1记载的岩体结构面简易循环剪切仪进行岩体结构面和围岩-衬砌接触面的剪切各向异性试验方法。

步骤1、通过三维扫描和3d打印技术，还原制作出一批具有相同形貌和材料参数的试样，试样为岩体结构面试样或围岩衬砌接触面试样，各个试样的尺寸均为150×150×150mm规格的方形试样，岩体结构面或围岩衬砌接触面置于试样中间，岩体结构面或围岩衬砌接触面统一标注出试样的左右侧，

步骤2、将试样放入上剪切盒8和下剪切盒9中，试样底部设置在下剪切盒9内，上剪切盒8扣设在试样顶部，岩体结构面或围岩衬砌接触面最上侧与上剪切盒8的底部边沿的间距为5mm~10mm，岩体结构面或围岩衬砌接触面最下侧与下剪切盒9的顶部边沿的间距为5mm~10mm；

步骤3、把下剪切盒9放在滑板7上，根据滑板7上的刻度线进行上剪切盒、试样和下剪切盒9的对中放置，上剪切盒8一侧抵在挡柱10的端部，启动固定千斤顶14，使固定千斤顶14的伸缩端与上剪切盒8的另一对侧相抵；

步骤4、启动法向千斤顶11，对试样施加法向荷载；

步骤5、在第二切向千斤顶13的伸缩端为缩回状态下启动第一切向千斤顶12，使第一切向千斤顶12的伸缩端刚好与下剪切盒9的侧部接触，再次启动第一切向千斤顶12对下剪切盒9施加向右的荷载，推动下剪切盒9向右侧剪切滑动，配置的压力传感器和位移传感器实时记录岩体结构面或围岩衬砌接触面向右剪切过程中的剪力和位移数据；

步骤6、选取下一个试样，重复步骤2-4，保证试样放置方向不变，在第一切向千斤顶12为缩回状态下启动第二切向千斤顶13，使第二切向千斤顶13的伸缩端与下剪切盒9侧部相抵，再次启动第二切向千斤顶13对下剪切盒9施加向左的荷载，推动下剪切盒9向左侧剪切滑动，配置的压力传感器和位移传感器实时记录岩体结构面或围岩衬砌接触面向左剪切过程中的剪力和位移数据。通过试样沿左右两个方向的剪切试验结果研究其剪切各向异性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明原理作举例说明，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做相应的修改，但不得偏离本发明的原理，或者所附权利要求书所定义的范围。