圆柱样剪切组件放置于滚轴12上，整个装置组装完成。
[0074] 通过外部的千斤顶压头1施加竖直向下的力，使上半圆形凹槽4和下半圆凹槽6之 间发生相对剪切错动，岩样即被剪坏。
[0075] 实施例三
[0076] -种采用上述装置进行岩样抗剪强度指标测定的方法，其特征在于该方法包括以 下步骤：
[0077] 1)选定待测岩样:选择特定片理角度的岩样；
[0078] 2)第一次装样:将岩样放入装样槽7中，将上半圆形凹槽4和下半圆凹槽6拼接固 定，使上半圆形凹槽4和下半圆凹槽6拼接时齿合缝5与水平底座13的底边所成夹角ai，50° < ad 70°，得到第一剪切面；
[0079] 3)第一次剪切:通过千斤顶压头1对岩样施加荷载，直至岩样刚好被剪坏，记下此 时的压力值Fi，获得第一次剪切破坏时最大荷载Fi，如图5所示；
[0080] 4)岩样胶结:取出经步骤2破坏的岩样，在其破坏面上均匀涂抹胶结物质，压合后 使其接触面基本无空隙，两端面保存平整，侧面光滑，尽可能将岩样恢复到破坏前状态，放 置一定时间待其接触面胶结物质固结；
[0081] 5)第二次装样：向装置的装样槽7中装入经步骤3胶结后的岩样，再调整上半圆形 凹槽4和下半圆凹槽6位置，将上半圆形凹槽4和下半圆凹槽6拼接固定，使上半圆形凹槽4和 下半圆凹槽6拼接时齿合缝5与水平底座13的底边所成夹角a 2,50° <a2<70°，ai^a2,得到 第二剪切面，如图6所示；
[0082] 6)岩样第二次剪切:通过千斤顶压头1对岩样施加荷载，直至岩样刚好被剪坏，记 下此时的压力值内，获得第二次剪切破坏时最大荷载F2;
[0083] 7)计算该特定片理角度岩样的剪切强度指标:通过对加载力的正交分解，依据库 伦定律的抗剪强度公式+ 通过列式计算，得到该片理角度下岩样的粘聚力(3和 内摩擦角
[0084] 即计算得到该特定片理角度岩样的剪切强度指标。
[0085] 步骤7)中，若使用的测定装置的下半圆凹槽6与上半圆形凹槽4的拼接处形成齿合 缝5之间没有缝隙，即下半圆凹槽6与上半圆形凹槽4的拼接处完全接触，计算方法如下：
[0086] 通过对加载力的正交分解，同时考虑到下半圆凹槽6与上半圆形凹槽4之间的摩擦 阻力f，该阻力f通过不放置岩样时使下半圆凹槽6与上半圆形凹槽4错开的加载力测得，
[0087] 可知岩样破坏时正应力〇=F cos α/DL，剪应力t = (F sin a-f)/DL，
[0088] 其中，a为上半圆形凹槽4和下半圆凹槽6拼接时齿合缝5与水平底座13的底边所成 夹角；
[0089] D为岩样直径，L为岩样高度；
[0090]依据库伦定律的抗剪强度公式r = c' + :atan?>，通过列式计算，即可得到该片理层 理角度下岩样的粘聚力c和内摩擦角0的数值如下：
[0093]步骤7)中，若使用的测定装置的下半圆凹槽6与上半圆形凹槽4的拼接处形成齿合 缝5之间存在缝隙，即下半圆凹槽6与上半圆形凹槽4的拼接处并未完全接触，计算方法如 下：
[0094] 通过对加载力的正交分解，无需考虑到下半圆凹槽6与上半圆形凹槽4之间的摩擦 阻力f，
[0095] 可知岩样破坏时正应力〇=F cos α/DL，剪应力t=F sin a/DL，
[0096] 其中，a为上半圆形凹槽4和下半圆凹槽6拼接时齿合缝5与水平底座13的底边所成 夹角；
[0097] D为岩样直径，L为岩样高度；
[0098] 依据库伦定律的抗剪强度公式C + ^tan，，通过列式计算，即可得到该片理角 度下岩样的粘聚力c和内摩擦角W的数值如下：
[0101] 步骤1)中，选择特定片理角度的岩样有以下三种：
[0102] 第一种:岩样的片理面与岩样轴向平行，其片理面与岩样轴向之间的夹角β = 0°， 如图7所示；
[0103] 第二种:岩样的片理面与岩样轴向之间的夹角β，0°<β<90°，如图8所示；
[0104] 第三种:岩样的片理面与岩样轴向之间的夹角β，β = 90°，如图9所示。
[0105] 步骤4)中，胶结面积占整个劈裂面总面积的1%以下，胶结物质的厚度是固结后的 厚度应小于劈裂面长度的5%。
【主权项】
1. 一种测定不同片理角度岩样抗剪强度指标的装置，其特征在于： 它包括水平底座（13)，水平底座（13)的上水平面上设置有多个滚轴（12); 多个滚轴（12)上放置有岩样剪切组件； 岩样剪切组件中，刻有角度刻度盘(3)的上半圆形凹槽(4)通过紧固螺栓（14)固定安装 于承压面(2)下方，承压面(2)上设有与角度刻度相配合的指示箭头，下半圆凹槽(6)与上半 圆形凹槽(4)拼接组合形成一个圆柱体，圆柱体的中部形成放置岩样的装样槽(7)，装样槽 (7)内放置有至少一个试样套(8)，试样套(8)由两个半圆形套体拼接组成，下半圆凹槽(6) 与上半圆形凹槽(4)的拼接处形成齿合缝(5);下半圆凹槽(6)底部沿圆周方向开设有多个 与上半圆形凹槽(4)上的角度刻度相配合的安装孔(9)，剪切盒（10)通过带螺栓的薄板(11) 及安装孔(9)固定在下半圆凹槽(6)上； 岩样剪切组件的剪切盒(10)放置在水平底座（13)的多个滚轴（12)上； 承压面(2)上设置有千斤顶压头（1)。2. 根据权利要求1所述的一种测定岩样抗剪强度指标的装置，其特征在于:试样套(8) 的数量为多个，活动套接于装样槽(7)内。3. 根据权利要求1所述的一种测定岩样抗剪强度指标的装置，其特征在于：水平底座 (13)的左端与剪切盒（10)的左端平齐，水平底座（13)的右端与下半圆凹槽(6)的外圈在同 一竖直面上。4. 一种采用上述权利要求1-3中任一项所述的装置进行岩样抗剪强度指标测定的方 法，其特征在于该方法包括以下步骤： 1) 选定待测岩样:选择特定片理角度的岩样； 2) 第一次装样:将岩样放入装样槽(7)中，将上半圆形凹槽(4)和下半圆凹槽(6)拼接固 定，使上半圆形凹槽(4)和下半圆凹槽(6)拼接时齿合缝(5)与水平底座（13)的底边所成夹 角 ai，50° <&1<70°，得到第一剪切面； 3) 第一次剪切:通过千斤顶压头（1)对岩样施加荷载，直至岩样刚好被剪坏，记下此时 的压力值?:，获得第一次剪切破坏时最大荷载Fi; 4) 岩样胶结:取出经步骤2)破坏的岩样，在其破坏面上均匀涂抹胶结物质，压合后使其 接触面基本无空隙，两端面保存平整，侧面光滑，尽可能将岩样恢复到破坏前状态，放置一 定时间待其接触面胶结物质固结； 5) 第二次装样：向装置的装样槽(7)中装入经步骤3)胶结后的岩样，再调整上半圆形凹 槽(4)和下半圆凹槽(6)位置，将上半圆形凹槽(4)和下半圆凹槽(6)拼接固定，使上半圆形 凹槽(4)和下半圆凹槽(6)拼接时齿合缝(5)与水平底座（13)的底边所成夹角a 2,50° 70°，a# a2,得到第二剪切面； 6) 岩样第二次剪切:通过千斤顶压头（1)对岩样施加荷载，直至岩样刚好被剪坏，记下 此时的压力值F2，获得第二次剪切破坏时最大荷载F 2; 7) 计算该特定片理角度岩样的剪切强度指标:通过对加载力的正交分解，依据库伦定 律的抗剪强度公式r = c +σtanp，通过列式计算，得到该片理角度下岩样的粘聚力c和内 摩擦角 即计算得到该特定片理角度岩样的剪切强度指标。5. 根据权利要求4所述的采用上述权利要求1-3中任一项所述的装置进行岩样抗剪强 度指标测定的方法，其特征在于步骤7)中，若使用的测定装置的下半圆凹槽(6)与上半圆形 凹槽(4)的拼接处形成齿合缝(5)之间没有缝隙，即下半圆凹槽(6)与上半圆形凹槽(4)的拼 接处完全接触，计算方法如下： 通过对加载力的正交分解，同时考虑到下半圆凹槽(6)与上半圆形凹槽(4)之间的摩擦 阻力f，该阻力f通过不放置岩样时使下半圆凹槽(6)与上半圆形凹槽(4)错开的加载力测 得， 可知岩样破坏时正应力0 = F cos α/DL，剪应力t=(F sin a-f)/DL， 其中，a为上半圆形凹槽(4)和下半圆凹槽(6)拼接时齿合缝(5)与水平底座（13)的底边 所成夹角； D为岩样直径，L为岩样高度； 依据库伦定律的抗剪强度公式n + ctai^，通过列式计算，即可得到该片理角度下 岩样的粘聚力c和内摩擦角切的数值如下：6. 根据权利要求4所述的采用上述权利要求1-3中任一项所述的装置进行岩样抗剪强 度指标测定的方法，其特征在于步骤7)中，若使用的测定装置的下半圆凹槽(6)与上半圆形 凹槽(4)的拼接处形成齿合缝(5)之间存在缝隙，即下半圆凹槽(6)与上半圆形凹槽(4)的拼 接处并未完全接触，计算方法如下： 通过对加载力的正交分解，无需考虑到下半圆凹槽(6)与上半圆形凹槽(4)之间的摩擦 阻力f， 可知岩样破坏时正应力0 = F cos α/DL，剪应力t = F sin a/DL， 其中，a为上半圆形凹槽(4)和下半圆凹槽(6)拼接时齿合缝(5)与水平底座（13)的底边 所成夹角； D为岩样直径，L为岩样高度； 依据库伦定律的抗剪强度公式tan.，通过列式计算，即可得到该片理角度下 岩样的粘聚力c和内摩擦角供的数值如下：7. 根据权利要求4所述的采用上述权利要求1-3中任一项所述的装置进行岩样抗剪强 度指标测定的方法，其特征在于步1)中，选择特定片理角度的岩样有以下三种： 第一种:岩样的片理面与岩样轴向平行，其片理面与岩样轴向之间的夹角β=〇°; 第二种:岩样的片理面与岩样轴向之间的夹角β，0°<β<90°; 第三种:岩样的片理面与岩样轴向之间的夹角β，β=90°。8.根据权利要求4所述的采用上述权利要求1-3中任一项所述的装置进行岩样抗剪强 度指标测定的方法，其特征在于:步骤4)中，胶结面积占整个劈裂面总面积的1 %以下，胶结 物质的厚度是固结后的厚度应小于劈裂面长度的5%。
【专利摘要】一种测定不同片理角度岩样抗剪强度指标的装置，它包括水平底座，水平底座的上水平面上设置有多个滚轴；多个滚轴上放置有岩样剪切组件；岩样剪切组件中，刻有角度刻度盘的上半圆形凹槽通过紧固螺栓固定安装于承压面下方，承压面上设有与角度刻度相配合的指示箭头，剪切盒通过带螺栓的薄板及安装孔固定在剪切盒上。本发明提供的一种测定不同片理角度岩样抗剪强度指标的装置及测定方法，可以解决现有装置测定不同片理角度下的剪切强度参数中的缺陷，无需进行大量岩样制取筛选，高效简易，既能大幅度降低试验成本，又能提高试验结果的准确性。
【IPC分类】G01N3/02, G01N3/24
【公开号】CN105606462
【申请号】CN201610002372
【发明人】刘杰, 徐春霖, 唐亮, 李建林, 杨渝南, 常德龙
【申请人】三峡大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月1日