一种尺寸可调的岩石剪切盒工装及试验方法

本发明属于岩土工程试验，尤其涉及一种尺寸可调的岩石剪切盒工装及试验方法。

背景技术：

1、随着当今社会的不断发展，仅仅进行地上资源的开发利用已经无法满足工业发展的需求，开发地下空间资源已经是不可避免的趋势。而岩石作为天然地质材料，其变形破坏规律与岩石工程的施工安全、使用寿命和灾害的发生密切相关。在自然环境中，岩石的强度相对较高，但岩体在软弱结构面方向上的强度很低，结构面的存在对岩体的强度及稳定性都有不利影响。大量的工程实践表明岩体发生破坏失稳时，其根本原因往往是岩体内部的结构体沿着结构面发生了剪切滑移，且在这一过程中结构体本身并没有发生宏观上的破坏。因此，岩体的力学性质在很大程度上取决于节理的力学性质，甚至可以说是控制岩土工程稳定最为关键的因素之一。现如今，有关岩体结构面的剪切力学方面的研究工作一直是岩土工程领域的一个研究热点。

2、目前，学者们通过各种方法来对岩体结构面的剪切力学效应及破坏模式进行研究。其中，剪切力学试验被认为是测试岩石剪切强度最重要、最有效的方法。然而，在进行剪切试验时，对每一种岩石试样尺寸需要打造一种与该尺寸配套的剪切工装盒，这种情况导致需要的剪切盒数量多且安装工序复杂。此外，剪切试样盒与剪切试样之间因为往往因为剪切试样平整度不够而出现间隙，影响了试验的剪切位移值。

3、为此，提出一种尺寸可调的岩石剪切盒工装及试验方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种尺寸可调的岩石剪切盒工装及试验方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种尺寸可调的岩石剪切盒工装，包括：上剪切工装、下剪切工装、上剪切盒、下剪切盒和下部结构；所述上剪切盒固定安装在所述上剪切工装内，所述下剪切盒固定安装在所述下剪切工装内，所述上剪切盒和所述下剪切盒对应设置，所述上剪切工装和所述下剪切工装底部均与所述下部结构滑动连接。

3、优选的，所述上剪切工装包括与所述上剪切盒左侧抵接的上剪切盒固定钢块，所述上剪切盒固定钢块左侧固接有左推拉板；所述上剪切盒右侧抵接的上剪切压座，所述上剪切压座右侧固接有右推拉板；所述右推拉板内侧四角固接有侧面连接柱体，所述侧面连接柱体远离所述右推拉板的一端贯穿所述左推拉板并与所述左推拉板滑动连接。

4、优选的，所述右推拉板与所述侧面连接柱体通过固定圆盘固接；所述左推拉板与所述侧面连接柱体连接的内侧设置有上剪切盒内部调节圆盘，所述上剪切盒内部调节圆盘与所述侧面连接柱体滑动套设连接；所述左推拉板与所述侧面连接柱体连接的外侧设置有上剪切盒外部调节圆盘，所述上剪切盒外部调节圆盘与所述侧面连接柱体滑动套设连接。

5、优选的，所述上剪切盒与所述上剪切盒固定钢块、所述上剪切盒与所述上剪切压块之间设置有减阻轴承，所述减阻轴承分别固接于所述上剪切盒固定钢块和所述上剪切盒内侧，所述减阻轴承内侧与所述上剪切盒抵接。

6、优选的，所述下剪切工装包括与所述下剪切盒左侧抵接的下剪切压座，与所述下剪切盒右侧抵接的下剪切盒固定钢块，所述下剪切压座和所述下剪切盒固定钢块外侧抵接有下剪切盒连接块体；所述下剪切盒连接块体右侧内部贯穿设置有调节螺栓，所述调节螺栓靠近所述下剪切盒固定钢块的一端与所述下剪切盒固定钢块抵接；所述下剪切盒连接块体左侧通过钢块固定螺栓固接有油缸连接钢块。

7、优选的，所述上剪切盒前后两侧固接有上剪切盒侧向连接板，所述上剪切盒侧向连接板一端通过第一上剪切盒固定螺栓与所述上剪切盒固定钢块固接，另一端通过所述第一上剪切盒固定螺栓与所述上剪切压座固接；所述下剪切盒前后两侧固接有下剪切盒侧向连接板，所述下剪切盒侧向连接板一端通过下剪切盒固定螺栓与所述下剪切压座固接，另一端通过所述下剪切盒固定螺栓与所述下剪切盒固定钢块固接。

8、优选的，所述下部结构包括底部垫块，所述底部垫块上方固接有若干滑动轨道，位于内侧的滑动轨道与所述下剪切盒连接块体底部滑动连接，位于外侧的滑动轨道与所述左推拉板和所述右推拉板底部两侧滑动连接。

9、优选的，所述下剪切盒连接块底部固接有剪切工装盒垫块，所述剪切工装盒垫块下方固接有若干剪切工装盒底座，所述剪切工装盒底座与所述滑动轨道滑动连接。

10、优选的，所述左推拉板和所述右推拉板从所述下剪切盒连接块体侧面延伸，所述左推拉板和所述右推拉板底部两端分别固接有推拉板承压垫块，所述推拉板承压垫块，所述推拉板承压垫块底部固接有移动底座，所述移动底座与所述滑动轨道滑动连接。

11、一种尺寸可调的岩石剪切盒测试方法，包括如下步骤：

12、s1:安装本尺寸可调的岩石剪切盒工装；

13、s2:将待剪切试样分别安置在上剪切盒和下剪切盒中，并确保上下剪切试样对齐；

14、s3:调节下剪切盒工装，使下剪切试件与下剪切盒完全贴紧，消除下剪切试样与左右侧构件的间隙；

15、s4:调节上剪切工装，使上剪切盒贴紧上剪切试样，消除构件与剪切试样的间隙，然后锁紧上剪切工装；

16、s5:向上剪切盒上端施加法向荷载，上剪切盒和下剪切盒侧方施加剪切荷载；剪切试验过程控制一个剪切盒的剪切荷载不变，改变另一个剪切盒的剪切荷载对试样进行剪切，形成剪切位移，并根据试验设计值完成剪切试验；

17、s6:记录全过程试验数据，拍摄实验过程，结束试验。

18、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

19、本发明通过研发了一种尺寸可调的岩石剪切盒工装及测试方法，该剪切工装系统安装操作简便、造价成本低。通过改变调节螺栓在下剪切盒连接块体的位置，可以安装多种不同尺寸的下剪切试样；通过调整左推拉板和上剪切盒内外侧调节圆盘的位置，可以使得上剪切盒匹配多个不同尺寸的上剪切试件；同时在安装的过程中也消除了上下剪切试件与周围剪切工装的间隙，进而提高了剪切试验的准确性，对岩体的剪切力学理论研究和工程设计具有重要意义。

技术特征：

1.一种尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于，包括：上剪切工装、下剪切工装、上剪切盒(7)、下剪切盒(25)和下部结构；所述上剪切盒(7)固定安装在所述上剪切工装内，所述下剪切盒(25)固定安装在所述下剪切工装内，所述上剪切盒(7)和所述下剪切盒(25)对应设置，所述上剪切工装和所述下剪切工装底部均与所述下部结构滑动连接。

2.根据权利要求1所述的尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于：所述上剪切工装包括与所述上剪切盒(7)左侧抵接的上剪切盒固定钢块(3)，所述上剪切盒固定钢块(3)左侧固接有左推拉板(2)；所述上剪切盒(7)右侧抵接的上剪切压座(27)，所述上剪切压座(27)右侧固接有右推拉板(9)；所述右推拉板(9)内侧四角固接有侧面连接柱体(6)，所述侧面连接柱体(6)远离所述右推拉板(9)的一端贯穿所述左推拉板(2)并与所述左推拉板(2)滑动连接。

3.根据权利要求2所述的尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于：所述右推拉板(9)与所述侧面连接柱体(6)通过固定圆盘(8)固接；所述左推拉板(2)与所述侧面连接柱体(6)连接的内侧设置有上剪切盒内部调节圆盘(5)，所述上剪切盒内部调节圆盘(5)与所述侧面连接柱体(6)滑动套设连接；所述左推拉板(2)与所述侧面连接柱体(6)连接的外侧设置有上剪切盒外部调节圆盘(1)，所述上剪切盒外部调节圆盘(1)与所述侧面连接柱体(6)滑动套设连接。

4.根据权利要求2所述的尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于：所述上剪切盒(7)与所述上剪切盒固定钢块(3)、所述上剪切盒(7)与所述上剪切压块之间设置有减阻轴承(10)，所述减阻轴承(10)分别固接于所述上剪切盒固定钢块(3)和所述上剪切盒(7)内侧，所述减阻轴承(10)内侧与所述上剪切盒(7)抵接。

5.根据权利要求2所述的尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于：所述下剪切工装包括与所述下剪切盒(25)左侧抵接的下剪切压座(24)，与所述下剪切盒(25)右侧抵接的下剪切盒固定钢块(26)，所述下剪切压座(24)和所述下剪切盒固定钢块(26)外侧抵接有下剪切盒连接块体(18)；所述下剪切盒连接块体(18)右侧内部贯穿设置有调节螺栓(19)，所述调节螺栓(19)靠近所述下剪切盒固定钢块(26)的一端与所述下剪切盒固定钢块(26)抵接；所述下剪切盒连接块体(18)左侧通过钢块固定螺栓(23)固接有油缸连接钢块(22)。

6.根据权利要求5所述的尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于：所述上剪切盒(7)前后两侧固接有上剪切盒侧向连接板(4)，所述上剪切盒侧向连接板(4)一端通过第一上剪切盒固定螺栓(11)与所述上剪切盒(7)固定钢板固接，另一端通过所述第一上剪切盒固定螺栓(11)与所述上剪切压座(27)固接；所述下剪切盒(25)前后两侧固接有下剪切盒侧向连接板(15)，所述下剪切盒侧向连接板(15)一端通过下剪切盒固定螺栓(12)与所述下剪切压座(24)固接，另一端通过所述下剪切盒固定螺栓(12)与所述下剪切盒固定钢块(26)固接。

7.根据权利要求5所述的尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于：所述下部结构包括底部垫块(14)，所述底部垫块(14)上方固接有若干滑动轨道(13)，位于内侧的滑动轨道(13)与所述下剪切盒连接块体(18)底部滑动连接，位于外侧的滑动轨道(13)与所述左推拉板(2)和所述右推拉板(9)底部两侧滑动连接。

8.根据权利要求7所述的尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于：所述下剪切盒(25)连接块底部固接有剪切工装盒垫块(28)，所述剪切工装盒垫块(28)下方固接有若干剪切工装盒底座(29)，所述剪切工装盒底座(29)与所述滑动轨道(13)滑动连接。

9.根据权利要求7所述的尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于：所述左推拉板(2)和所述右推拉板(9)从所述下剪切盒连接块体(18)侧面延伸，所述左推拉板(2)和所述右推拉板(9)底部两端分别固接有推拉板承压垫块(17)，所述推拉板承压垫块(17)，所述推拉板承压垫块(17)底部固接有移动底座(16)，所述移动底座(16)与所述滑动轨道(13)滑动连接。

10.一种尺寸可调的岩石剪切盒测试方法，根据如权利要求1-9中任意一项所述的尺寸可调的岩石剪切盒工装，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
一种尺寸可调的岩石剪切盒工装及试验方法，包括上下剪切盒、左右推拉板、侧面连接柱体、调节圆盘、调节螺栓等；上剪切盒右侧抵接上剪切压座；下剪切盒左侧抵接下剪切压座；上下剪切压座分别抵接左右推拉板，左右推拉板通过侧面连接柱体相连。本发明通过设计的侧面连接柱体和上剪切盒内外部调节圆盘，能够调节上剪切盒的尺寸；通过调整调节螺栓在下剪切盒连接块体的位置，调节下剪切盒的尺寸，从而实现了上下剪切试样与剪切盒尺寸的精确匹配，并在尺寸匹配的过程中消除了剪切试样与剪切工装盒的间隙，保证了剪切试验结果的准确性，对岩石的剪切力学特性研究具有重要的意义。

技术研发人员：张强,谷邱鑫,尹乾,刘日成,王迎超,阙永德,吴晓锁
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16