一种弱面直剪试验方法以及用于该方法的调距装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种弱面直剪试验方法以及用于该方法的调距装置，属于岩土工程的技术领域。
【背景技术】
[0002]岩体结构面是指地质历史发展过程中，在岩体内部形成的具有一定延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带，包括层理、节理面、不整合面等。由于结构面的存在，极大地破坏了岩体的连续性和完整性，削弱了工程岩体的力学性质及其稳定性。因而，对岩体结构面的有关性质的研究意义非凡。
[0003]岩体结构面的抗剪强度参数是工程岩体稳定性分析和加固治理方案设计的重要指标，一般通过试验得到结构面的抗剪强度指标，其中小型剪力仪一一岩石弱面直剪仪是常用的仪器，由于其便捷性以及操作的简易性，可用于野外现场和室内试验，同时能满足一定的精度要求，且造价低廉，因此在大多情况下，在现有的试验仪器中仍是直剪试验的首选，然而，使用此直剪仪进行弱面直剪试验依然存在下列不足之处:
[0004](I)无论是天然的结构面还是人工制作的规则的具有一定起伏形态的结构面，由于表面的起伏，在试验的过程中会有爬坡的过程，此过程会造成通过液压千斤顶施加的法向力不稳定，在通常情况下会造成法向力的增大。
[0005](2)在直剪试验中一般使用液压千斤顶施加法向力，若法向力减小，直接再次加压即可，但是若法向力增大，在试验过程中很难得到良好的解决。
[0006](3)在试验的过程中，由于存在高法向应力和高切向应力，当由于爬坡而造成法向力超过设定值时，若强行对施加法向力的千斤顶减压，可能会造成减压过快或过大而达不到试验的要求精度，并且最致命的是，由于法向力减小的过快或者过大而造成在高切向应力下试样的非正常破坏，从而会导致试验的失败。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于解决现有技术中弱面直剪仪存在的法向力不稳定、不易精确控制，从而造成试验结果不可靠的缺陷，而提供了一种弱面直剪试验方法以及用于该方法的调距装置，该试验方法试验成功率高、样品损坏率小，调距装置原理明确，操作简单，价格低廉，使用效果好，能够微调法向力而使其稳定，便于试验研究及工程应用。
[0008]实现本发明所采用的技术方案为，一种弱面直剪试验方法，包括如下步骤:
[0009](I)将天然结构面试样或者人工制作的结构面试样放入直剪仪的下剪切盒内，安装固定上剪切盒和剪切力加压千斤顶；
[0010](2)在上剪切盒上安装具有粗调和细调功能并且带刻度的调距装置，将法向力加压千斤顶安装于调距装置上方；
[0011](3)法向力加压千斤顶动作，按照设计应力施加第一级法向应力，通过压力表读取施加法向力的大小，当到达设计法向力时停止加压；
[0012](4)剪切力加压千斤顶动作施加剪切力载荷，施加剪切力载荷过程中通过压力表读取结构面试样实际承受法向力的大小，当法向力与设计法向力之间出现压力差时剪切力加压千斤顶停动，通过调距装置调节上剪切盒与法向力加压千斤顶的间距，调节至法向力等于设计法向力，剪切力加压千斤顶继续动作施压；
[0013](5)施加剪切力载荷过程中重复步骤(4)至第一级法向应力的试验结束；
[0014](6)第一级法向应力的试验结束后依次卸除剪切力载荷和法向力载荷，随后施加第二级法向应力，剩余级数法向应力的试验依此类推。
[0015]步骤(4)中通过调距装置调节上剪切盒与法向力加压千斤顶的间距的具体内容为，当压力差大于0.05MPa时，首先通过旋转调距装置的粗调旋钮调节上剪切盒与法向力加压千斤顶的间距，使得压力差缓慢减小至0.05MPa，随后旋转调距装置的细调旋钮细调上剪切盒与法向力加压千斤顶的间距，调节至法向力等于设计法向力；当压力差不大于0.05MPa时，直接旋转调距装置的细调旋钮细调上剪切盒与法向力加压千斤顶的间距，调节至法向力等于设计法向力。
[0016]进行各级法向应力的试验前将调距装置的刻度调零。
[0017]本发明还对应提供了一种用于上述弱面直剪试验方法的调距装置，至少包括调距单元和用于固定调距单元的支撑单元，调距单元至少包括粗调元件、细调元件和连接粗调元件与细调元件的连接元件，所述支撑单元包括2根以上导向柱以及水平安装的上支撑板和下支撑板，上支撑板通过调距单元安装于下支撑板上方，导向柱位于上支撑板与下支撑板之间，导向柱两端与上支撑板和下支撑板均活动连接，导向柱的上部和下部均设有刻度，刻度的零刻度线靠近上支撑板与下支撑板，上支撑板的上表面上设有圆柱状凹槽，下支撑板的下表面上设有圆柱状凹槽相匹配的圆柱状凸起；所述调距单元包括粗调元件、细调元件、连接元件和两个齿轮换向机构，粗调元件的螺距大于细调元件，连接元件的两端分别与粗调元件和细调元件螺纹连接构成调距机构，调距机构沿竖直方向安装于上支撑板与下支撑板之间，调距机构的两端分别通过轴承固定于上支撑板与下支撑板上，两个齿轮换向机构的扭矩输出元件分别与粗调元件和细调元件固连，连接元件通过箍套和一对以上限位杆与支撑单元固定连接，箍套紧密套设于连接元件的侧面中部，限位杆的一端与箍套固连，另一端连接导向柱。
[0018]上支撑板与下支撑板上均开设有与导向柱数量相同的导向孔，上支撑板与下支撑板上的导向孔开口相对，导向柱的两端分别位于上下两个导向孔中，导向柱与导向孔间隙配合。
[0019]所述调距机构两端分别通过端面轴承和径向轴承固定于上支撑板与下支撑板上。
[0020]上支撑板和下支撑板上均固定有支架，两个齿轮换向机构的扭矩输入元件分别通过固定于支架中的滚动轴承安装于两个支架上，两个扭矩输入元件的输入端分别连接有粗调手轮和细调手轮。
[0021]所述齿轮换向机构为圆锥齿轮组，圆锥齿轮组中水平布置的圆锥齿轮与粗调元件或细调元件的端部键连接，竖直布置的圆锥齿轮通过支架固定并且与粗调手轮或细调手轮固连。
[0022]所述齿轮换向机构为蜗轮蜗杆机构，其中蜗轮与粗调元件或细调元件的端部键连接，蜗杆通过支架固定并且与粗调手轮或细调手轮固连。
[0023]由上述技术方案可知，本发明提供的弱面直剪试验方法，在施加剪切向的荷载时，时刻关注施加法向力的千斤顶的压力表的变化，当其值(结构面试样实际承受法向力的大小)由于剪切过程中的爬坡而变大时，则停止施加剪切力荷载，通过调节调距装置微调(缩小)上剪切盒与法向力加压千斤顶的间距，以弥补由于结构面爬坡而引起的上剪切盒与法向力加压千斤顶间距减小的距离，以此保持法向力的恒定；当法向力加压千斤顶压力不足时，可通过调节调距装置微调(增大)上剪切盒与法向力加压千斤顶的间距，以增大法向力；由于法向力的调节通过改变上剪切盒与法向力加压千斤顶间距而实现，调距装置将调节旋钮的旋转转化为上剪切盒与法向力加压千斤顶间距的细微变化，因此法向力缓慢改变，避免由于法向力改变的过快或者法向力过大而造成在高切向应力下试样的非正常破坏，从而大大提高试验成功率，降低试样损坏率。
[0024]根据压力差的大小选择对应的调节方式，实现法向力的高效调节；进行下一级法向应力试验前将调距装置的刻度调零，保证试验准确性。
[0025]本发明提供的用于直剪仪法向力调节的调距装置，通过支撑单元固定调距单元，支撑单元中上支撑板和下支撑板是稳定平台，能够发挥稳定的传力作用，上支撑板和下支撑板之间形成调距空间，调距单元安装于调距空间中，上支撑板的上表面上设有圆柱状凹槽，用于固定千斤顶，下支撑板的下表面上设有圆柱状凹槽相匹配的圆柱状凸起，该圆柱状凸起可嵌入直剪仪上剪切盒顶部用于固定千斤顶的凹槽中，凹凸结合保证法向力的稳定传递，导向柱均布于上支撑板和下支撑板的边缘处，用于限制上支撑板与下支撑板之间的相对转动，导向柱的上部和下部均设有