多尺度大型岩体结构面直剪试验仪制造技术

一种多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，包括钢结构框架、竖向加载系统、剪切加载系统、竖向位移传感器、剪切向位移传感器和试样，还包括ｎ块底垫板和ｎ块侧垫板，ｎ块底垫板依照面积大小从上到下依次叠加形成底垫板组件，底垫板组件的上部与下部试样底面受力接触，底垫板组件的下部与框架受力接触，各块底垫板和上部试样、下部试样的形心位于同一竖直直线上；在相邻底垫板之间的台阶、最下部分的底垫板与框架之间的台阶上放置侧垫板，各个侧垫板的顶面位于同一平面上，且同一平面比上部试样和下部试样之间的结构面低；距离下部试样侧面最远的侧垫板与框架受力接触。本实用新型专利技术能进行不同尺度的结构面抗剪强度直剪试验。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及大型岩体结构面直剪试验仪，适用于尺寸为IOcm IOOcm的岩体结构面抗剪强度测定。
技术介绍
目前国内外岩体结构面抗剪强度的确定方法主要有直剪试验法、室内模型试验法 和经验估算方法等。通过直剪试验，结合工程地质勘测资料综合求取结构面抗剪强度的方 法为国内岩体力学工作者所常用。但岩体结构面抗剪强度存在尺寸效应，即随着结构面 尺寸的增大，其抗剪强度存在减少的趋势。为了得到稳定的岩体结构面抗剪强度，需要对 不同尺寸的岩体结构面试样进行抗剪强度直剪试验。但目前国内岩体结构面直剪试验所 采用的中小型仪器测定岩体结构面抗剪强度的试样尺寸一般小于50cmX50cm，通常采用 30cmX 30cm及IOcmXlOcm的小尺寸试样，而且所采用的直剪仪只能用于单一的试样尺寸， 因此采用现有的岩体结构面抗剪强度直剪试验仪不能解决岩体结构面抗剪强度尺寸效应 的问题，也就不能得到稳定的抗剪强度力学参数。由于现有的直剪仪不能得到稳定的抗剪强度力学参数，工程中为了克服现有仪器 的不足，就把得到的抗剪强度力学参数人为地折减后(通常采用70%的折减系数)运用到 具体的工程岩体中，这种处理方法会有二种结果(1)如果单一的直剪试验结果折减后得 到的抗剪强度力学参数比稳定的抗剪强度力学参数大，把折减后得到的抗剪强度力学参数 应用到工程中会造成计算的安全系数高于真实的工程岩体安全系数，从而导致工程事故的 发生。(2)如果单一的直剪试验结果折减后得到的抗剪强度力学参数比稳定的抗剪强度力 学参数小，把折减后得到的抗剪强度力学参数应用到工程中会造成计算的安全系数低于实 际工程岩体的安全系数，但为了达到规范规定的安全系数，就需要对岩体工程进行治理，从 而导致工程费用增加及周期变长，造成人财物的浪费。而采用大型岩体结构面直剪试验仪 的多尺度转换系统，可得到不同尺度的岩体结构面抗剪强度力学参数，从而通过尺寸效应 分析可得到稳定的岩体结构面抗剪强度力学参数，所得试验结果无需折减就可直接应用到 具体的工程中，故得到的工程岩体安全系数真实可靠，具有准确性高、便于运用的优点，为 合理评价工程岩体的稳定性起到了关键作用。
技术实现思路
本技术的目的是解决现有直剪试验仪器只能测定单一试样的岩体结构面抗 剪强度的缺点，本技术提供一种多尺度大型岩体结构面直剪试验仪(或称为直剪仪)， 利用该设备可进行不同尺度的结构面抗剪强度直剪试验，进而得到结构面抗剪强度尺寸效 应的变化规律和稳定阈值。为了解决上述技术问题提出的技术方案为一种多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，包括钢结构框架、竖向加载系统、剪切加 载系统、竖向位移传感器、剪切向位移传感器和试样，所述竖向加载系统伸入所述钢结构框架的顶面，所述竖向加载系统位于所述试样的上方，所述剪切加载系统伸入所述钢结构框架的侧面，所述剪切加载系统位于所述试样的侧边，所述试样包括上部试样和下部试样，所 述上部试样放在所述下部试样上，所述直剪试验仪还包括η块底垫板和η块侧垫板，其中， η为自然数，且1 SnS 9，η块底垫板依照面积大小从上到下依次叠加形成底垫板组件，所 述底垫板组件的上部的面积等于大型岩体结构面直剪试验仪的下部试样底面的面积，所述 底垫板组件的上部与所述下部试样底面受力接触，底垫板组件的下部与所述钢结构框架受 力接触，各块底垫板和上部试样、下部试样的形心位于同一竖直直线上；侧垫板位于下部试样的侧面，在所述相邻底垫板之间的台阶、最下部分的底垫板 与所述框架之间的台阶上放置所述侧垫板，所述侧垫板的宽度与所述台阶的宽度相同，各 个侧垫板的顶面位于同一平面上，且所述同一平面比上部试样和下部试样之间的结构面 低；距离下部试样侧面最远的侧垫板与所述钢结构框架受力接触。进一步，所述底垫板的高度和侧垫板的宽度相等。再进一步，所述距离下部试样最远的侧垫板与所述钢结构框架之间设有传力板。本技术是大型岩体结构面直剪试验仪，如附图1所示，该系统除了包括钢结 构框架(外部长度χ高度χ宽度尺寸为2.90mX2.90mXlm，内部静空间长度X高度X 宽度尺寸为1. 70mX 1. 70mX lm)、竖向加载油缸(量程为375mm，油液最高压力26. 5MPa)、剪 切向加载油缸(量程为375mm，油液最高压力26. 5MPa)、竖向位移传感器(量程为15mm，精 度为l/1000mm)、剪切向位移传感器(量程为1000mm，精度为l/1000mm)、压力传感器(最大 加载力为1000KN，精度为l/100kN)、液压油源、电器控制箱、数据采集仪、测控软件及计算 机等常规部件之外，针对性地开发了能进行多尺度试样直剪试验的转换系统(底垫板和侧 垫板，附图1中的11和12)，目的是实现在同一直剪仪上对不同尺度的抗剪强度试验。常规 设备及直剪仪的试验原理可参照相关规程、教材及著作。本专利技术重点是对大型岩体结构面 直剪试验仪的多尺度转换系统进行说明。大型岩体结构面直剪试验仪的多尺度转换系统的具体内容如下(a)选择底垫板和侧垫板。根据结构面抗剪强度试验的试样尺寸，选择与试样相配 套的底垫板和侧垫板。下面针对不同尺寸的结构面进行详细说明。①平面尺寸为IOcmX IOcm的结构面(试样高度同结构面的宽度或者长度，余同) 试验时需选择尺寸分别IOcmX IOcmX 5cm(长度X宽度X高度，余同)、20cmX 20cmX 5cm、 30cm X 3 0 cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、 70cm X 70cm X 5cm、80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 9 块底垫板和尺寸分另Ij 10cmX8cmX5cm(长度 X 高度 X 宽度，余同)20cmX 13cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、 40 cm X 2 3 cm X 5cm、50cmX 28cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、70cmX 38 cm X 5cm、 80cm X 43cm X 5cm、90cm X 48cm X 5cm 共 9 块侧垫板。②平面尺寸为20cmX20cm的结构面试验时需选择尺寸分别20cmX20cmX5cm、 30cm X 30cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 6 0 cm X 5cm、 70cm X 70cm X 5cm、80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 8 块底垫板和尺寸分 另Ij 为 20cmX 13cmX5cm、30cmX 18cmX5cm、40cmX23cmX5cm、50cmX28cmX5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm 共 8 块侧垫板。③平面尺寸为30cmX30cm的结构面试验时需选择尺寸分别30cmX30cmX5cm、40 cm X 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、70cmX 70 cm X 5cm、 80cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多尺度大型岩体结构面直剪试验仪，包括钢结构框架、竖向加载系统、剪切加载系统、竖向位移传感器、剪切向位移传感器和试样，所述竖向加载系统伸入所述钢结构框架的顶面，所述竖向加载系统位于所述试样的上方，所述剪切加载系统伸入所述钢结构框架的侧面，所述剪切加载系统位于所述试样的侧边，所述试样包括上部试样和下部试样，所述上部试样放在所述下部试样上，其特征在于：所述直剪试验仪还包括ｎ块底垫板和ｎ块侧垫板，其中，ｎ为自然数，且１≤ｎ≤９，ｎ块底垫板依照面积大小从上到下依次叠加形成底垫板组件，所述底垫板组件的上部的面积等于大型岩体结构面直剪试验仪的下部试样底面的面积，所述底垫板组件的上部与所述下部试样底面受力接触，底垫板组件的下部与所述钢结构框架受力接触，各块底垫板和上部试样、下部试样的形心位于同一竖直直线上；　　侧垫板位于下部试样的侧面，在所述相邻底垫板之间的台阶、最下部分的底垫板与所述框架之间的台阶上放置所述侧垫板，所述侧垫板的宽度与所述台阶的宽度相同，各个侧垫板的顶面位于同一平面上，且所述同一平面比上部试样和下部试样之间的结构面低；距离下部试样侧面最远的侧垫板与所述钢结构框架受力接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜时贵，罗战友，黄曼，贾汝达，陈吉瑜，朱连根，
申请(专利权)人：杜时贵，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]