用于圆形结构面试样的岩石结构面直剪仪平面剪切头配套装置及直剪试验方法

摘要

一种用于圆形岩石结构面试样的岩石结构面直剪仪平面剪切头配套装置，包括平面剪切头和剪切油缸，剪切油缸的动作端上安装平面剪切头，直剪仪平面剪切头配套装置包括方形固定框架和紧固装置，方形固定框架包括下层方形固定框和上层方形固定框，下层方形固定框位于上层方形固定框的上方且相互固定连接，上层固定框和下层固定框的内部为用于放置待测试圆形岩石结构面试样的工位空腔；上层方形固定框的四边的中间位置开有螺栓孔，紧固装置为紧固螺栓，紧固螺栓穿过螺栓孔支撑在待测试圆形岩石结构面试样上。以及一种圆形岩石结构面的直剪试验方法。本发明可以测试圆形岩石结构面试样，而且具有操作方便、费用低、速度快、测试结果精度高的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及用于圆形岩石结构面试样的岩石结构面直剪仪平面剪切头配套装 置及直剪试验方法，适用于圆形岩石结构面试样直剪试验。本发明属于工程技术 领域。

背景技术

直剪试验是获得岩石结构面抗剪强度力学指标的主要试验手段。由于现有岩 石结构面直剪仪的剪切头是平面的，因此，常规岩石结构面直剪仪主要适用于平 面形状为方形或者矩形的岩石结构面，而对于外形为圆形结构面试样却无法利用 现有剪切头侧面为平面的岩石结构面直剪仪进行直剪试验。为了测试圆形结构面 试样抗剪强度，常规做法是采用切割机把圆形结构面试样切割成方形或者矩形才 能用于常规的具有平面剪切头的岩石结构面直剪仪，这样处理不但费用大、工期 长、操作困难，而且由于结构面具有各向异性特性，方形或者矩形结构面只能测 试与试样外侧面相平行或者垂直方向的抗剪强度，而无法获得结构面各个方向的 抗剪强度，因此也就无法得到岩石结构面抗剪强度的各向异性特性，也就不能得 到岩体结构面最薄弱的滑移方向。

发明内容

为了解决现有具有平面剪切头的岩石结构面直剪仪只能测试外形为方形或者 矩形结构面的抗剪强度，而无法测定平面形状为圆形结构面抗剪强度的不足，本 发明提供了一种用于圆形结构面试样的平面剪切头配套装置及直剪试验方法，该 装置与岩石结构面直剪仪的平面剪切头相匹配，能解决利用现有常规岩石结构面 直剪仪进行圆形结构面试样的抗剪强度直剪试验，不但可以测试多种尺度 (100mm-1000mm)的圆形结构面试样，而且具有操作方便、费用低、速度快、 测试结果精度高的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于圆形结构面试样的岩石结构面直剪仪平面剪切头配套装置，所述岩 石结构面直剪仪包括平面剪切头和剪切油缸，所述剪切油缸的动作端上安装所述 平面剪切头，所述直剪仪平面剪切头配套装置包括方形固定框架和紧固装置，所 述方形固定框架包括下层方形固定框和上层方形固定框，所述下层方形固定框位 于上层方形固定框的上方且相互固定连接，所述上层固定框和下层固定框的内部 为用于放置待测试圆形岩石结构面试样的工位空腔；所述上层方形固定框的四边 的中间位置开有螺栓孔，所述紧固装置为紧固螺栓，所述紧固螺栓穿过所述螺栓 孔支撑在待测试圆形岩石结构面试样上。

进一步，所述上层方形固定框的四个角上也开有螺栓孔。螺栓孔位于上层方 形固定框的内部，螺栓长度可根据圆形岩石结构面试样的大小进行合理选择。

一种圆形岩石结构面试样的直剪试验方法，所述方法包括以下步骤：

(a)选择要测试的具有设定尺寸的圆形岩石结构面试样；

(b)测量直剪仪平面剪切头的高度，并在岩石结构面试样的相同高度位置 处做标记；

(c)利用起吊装置把上层方形固定框和下层方形固定框从试样顶部放置 于岩石结构面试样的标记处；

(d)根据试样的大小，选择相对应的紧固螺栓长度；

(e)用紧固螺栓分别穿过螺栓孔直到螺栓的端部与圆形岩石结构面试样 外表面相接触并扭紧；

(f)把圆形岩石结构面试样与平面剪切头的配套装置一起放置于岩石结 构面直剪仪中，根据岩石结构面直剪试验规程进行直剪试验，获得圆 形岩石结构面的抗剪强度。

进一步，所述方法还包括以下步骤：(g)为了获得多个剪切方向的抗剪强度， 把紧固螺栓放松，转动结构面试样的位置到需要测试的剪切方向，多次重复步骤 (b)到(f)就得到该岩石结构面多个剪切方向的抗剪强度，获得该岩石结构面 的各向异性特性。

本发明的有益效果主要表现在：本发明给出了圆形结构面试样的岩石结构面 直剪仪平面剪切头配套装置，能够配合直剪仪的平面剪切头测试系列多尺度圆形 岩石结构面试样的抗剪强度。该配套装置及直剪试验方法具有如下优点：(1)操 作方便、成本低、工期短；(2)可测试的圆形结构面试样的尺寸范围为100mm～ 1000mm；(3)只需要转动结构面方向，就可测试结构面抗剪强度的各向异性特 性，而该装置无需制样位置变换，试验结果精度高。

附图说明

图1是用于圆形结构面试样的平面剪切头配套装置的结构图。

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参照图1和图2，一种用于圆形岩石结构面试样的岩石结构面直剪仪平面剪 切头配套装置，所述岩石结构面直剪仪包括平面剪切头5和剪切油缸6，所述剪 切油缸6的动作端上安装所述平面剪切头5，所述直剪仪平面剪切头配套装置包 括方形固定框架和紧固装置，所述方形固定框架包括下层方形固定框1和上层方 形固定框2，所述下层方形固定框1位于上层方形固定框2的下方且相互固定连 接，所述上层固定框2和下层固定框1的内部为用于放置待测试圆形岩石结构面 试样7的工位空腔；所述上层方形固定框2的四边的中间位置开有螺栓孔3，所 述紧固装置为紧固螺栓4，所述紧固螺栓4穿过所述螺栓孔3支撑在待测试圆形 岩石结构面试样7上。

进一步，所述上层方形固定框2的四个角上也开有螺栓孔。螺栓孔位于上层 方形固定框的内部，螺栓的长度可根据圆形岩石结构面试样的大小进行合理选择。

上下层方形固定框通过焊接固定在一起，也可以采用其他固定方式。

实施例2

参照图1和图2，一种圆形岩石结构面试样的直剪试验方法，所述方法包括 以下步骤：

(a)选择要测试的设定尺寸的圆形岩石结构面试样7；

(b)测量直剪仪平面剪切头5的高度，并在岩石结构面试样的相同高度位 置处做标记；

(c)利用起吊装置把上层方形固定框2和下层方形固定框1从岩石结构面 试样顶部放置于(b)中试样外侧的标记处；

(d)根据试样的大小，选择相对应的紧固螺栓4长度；

(e)用紧固螺栓4分别穿过螺栓孔3直到螺栓的端部与圆形岩石结构面试 样7外表面相接触并扭紧；

(f)把圆形岩石结构面试样与平面剪切头的配套装置一起放置于岩石结 构面直剪仪中，根据直剪试验规程进行直剪试验，获得圆形岩石结构 面的抗剪强度。

进一步，所述方法还包括以下步骤：(g)，为了获得多个剪切方向的抗剪强度， 把紧固螺栓放松，转动结构面的位置到需要测试的剪切方向，多次重复步骤(b) 到(f)就得到该岩石结构面多个剪切方向的抗剪强度，获得该岩石结构面的各向 异性特性。

某岩体工程为了获得岩石结构面抗剪强度的各向异性特性，制作了圆形结构 面试样，但现有直剪仪的剪切头是平面的，无法进行圆形岩石结构面试样的抗剪 强度直剪试验，因此就需要采用圆形岩石结构面试样的直剪仪平面剪切头配套装 置。

以获得直径是300mm的不同试验方向的圆形岩石结构面抗剪强度为例，本 发明的实施方案是：

(a)选择要测试的直径为300mm的岩石结构面试样。

(b)测量岩石结构面直剪仪平面剪切头5的高度，并在岩石结构面试样7 的相同高度位置处做标记。

(c)利用起吊装置把上层方形固定框1和下层方形固定框2从岩石结构面 试样顶部放置于(b)中试样所做的标记处。

(d)根据试样的大小，选择相对应的8个紧固螺栓长度。

(e)用8个紧固螺栓4分别穿过相对应的螺栓孔3直到螺栓的端部与试样 外表面相接触并扭紧。

(f)把圆形结构面试样与平面剪切头的配套装置一起放置于直剪仪中就 可根据相应的直剪试验规程进行直剪试验，获得圆形岩石结构面的抗 剪强度。

(g)要获得多个剪切方向的抗剪强度，只需把螺栓4放松，转动结构面的 位置到需要测试的剪切方向，多次重复步骤(b)到(f)可得到该岩 石结构面多个剪切方向的抗剪强度，进而可分析该岩石结构面的各向 异性特性。