CN108279155A - 一种多向加载结构面强度测定装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种多向加载结构面强度测定装置及使用方法，属于岩土测试技术领域。该装置主要包括底座支撑结构、倾斜平台结构、剪切试验结构三大部分。底座支撑结构包括水平调节地脚、水平丝杆以及与水平丝杆连接的可动倾斜平台支撑架等；倾斜平台结构包括倾斜平台、角度标尺以及平台转动支架等；剪切试验结构包括试样剪切盒、加载千斤顶、千斤顶反力支撑框架、加载杆及加载杆支撑架等。使用方法：首先通过可调节地脚将底座水平放置，然后通过加载千斤顶控制垂直于待测试样的加载力，通过角度标尺控制倾斜平台的角度，从而实现变角度，多方向的结构面剪切试验，实现不同加载角度下的结构面强度的测定。

Description

一种多向加载结构面强度测定装置及使用方法

技术领域

本发明属于岩土测试技术领域，特别涉及一种多向加载结构面强度测定装置及使用方法。

技术背景

岩体是地下工程建设的重要地质环境，岩体内存在各种地质界面或破裂面称为结构面，结构面的倾向倾角、粗糙度以及填充度等几何特性影响着结构面的强度特征，而结构面的强度又决定着岩体的力学特性。

结构面的最重要的力学性质之一就是抗剪强度，其抗剪切强度通常非常低，稍有扰动，则易造成沿该结构面发生破坏，故现场取样后，无法将包含有结构面的岩石加工成可以进行直接剪切的规则试件，实践中通常采用类岩石类材料把包含结构面的材料浇筑成规则的试件，然后再沿结构面方向进行剪切试验。

在实际情况下，地质活动，如地震、火山喷发、构造运动等都是具有方向上的不确定性的特点，同时，人类工程活动的开挖、***、掘进、钻井等也会有方向的不确定性，因而这会导致岩体中的结构面的受力方向不尽相同，有水平的、有垂直的也有倾斜的。所以，在结构面剪切试验中，由于加载方向的不确定因素，会很大程度上影响试验的结果。

发明内容

针对现有背景技术存在的不足，本发明提供了一种多向加载结构面强度测定装置及使用方法，它能够很好的适用于多角度加载方式的结构面剪切强度试验，可以克服以往仅研究沿结构面方向加载的缺陷，控制不同的加载角度实现了不同结构面倾角的剪切试验，克服了多结构面倾角试样制作的繁琐性，同一类型的试样可实现多结构面倾角的剪切试验。同时，避免了测试结果的不精确。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多向加载结构面强度测定装置，包括底座支撑结构、倾斜平台结构、剪切试验结构三大部分；

底座支撑结构包括水平调节地脚、水平丝杆以及与水平丝杆连接的倾斜平台支撑架；

其中，水平调节地脚与底座螺纹连接，底座通过水平可调节地脚来调节水平度；底座设有倾斜平台支撑架和水平丝杆，水平丝杆上安装有滑块，调节滑块位置实现对倾斜平台的支撑；滑块和倾斜平台与支撑支架铰接；

倾斜平台结构包括倾斜平台、角度标尺以及平台转动支架；

其中，倾斜平台通过转动支架与底座连接，转动支架与底座刚性连接，转动支架与倾斜平台铰接，铰接点装有角度标尺，控制倾斜平台的斜度；

剪切试验结构包括上剪切盒、下剪切盒、加载千斤顶、千斤顶反力支撑框架、垂直丝杆、加载杆及加载杆反力支撑架；

其中，下剪切盒和支撑立柱与倾斜台刚性连接，倾斜平台通过销钉将下剪切盒固定；支撑立柱上设有反力支撑框架，下剪切盒内设有待测样本，待测样本上罩设有上剪切盒；千斤顶通过反力支撑框架施加压力于上剪切盒上，从而施加压力给待测样本；加载杆与加载器相连，加载杆通过支托与垂直丝杆连接，垂直丝杆与底座刚性连接；加载器通过两个滑丝与加载杆反力支撑架滑动连接，加载杆反力支撑架与底座刚性连接；加载杆输出端作用于上剪切盒侧壁上，在加载杆作用下实现对待测试样的多角度剪切力的施加。

一种多向加载结构面强度测定装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1，固定测量装置的位置，通过底座下部的水平调节地脚和水平尺，将底座进行精平；

步骤2，将倾斜平台设置为水平放置，安装待测试样于上下剪切盒中，通过垂直加载千斤顶控制待测试样的垂直压力，通过加载杆对待测试样施加平行于结构面的剪切力，记录剪切试验数据；

步骤3，拆除剪坏试样，按照步骤2的操作安装待测试样，使待测试样与上下剪切盒契合，施加垂直压力；顺时针缓慢抬升倾斜台，通过角度标尺控制抬升角度10°，通过底座水平丝杆和滑块牢固稳定倾斜台；

步骤4，通过加载杆反力支撑架上的滑丝和垂直丝杆上的支托调节加载杆的高度，且需保持加载杆水平，对待测试样施加剪切力，记录剪切试验数据；

步骤5，重复执行步骤3和步骤4的操作，记录试验每次试验的角度标尺读数及相应剪切试验数据，进行汇总；

步骤6，结合所测得的数据，确定不同加载角度下结构面的抗剪强度。

步骤2中的剪切破坏判据为：上下岩块相对剪切位移达到2mm时即认为结构面发生直剪破坏。

本发明的优点是：本发明提供了一种多向加载结构面强度测定装置及使用方法，它能够很好的适用于多角度加载方式的结构面剪切强度试验，可以克服以往仅研究沿结构面方向加载的缺陷，控制不同的加载角度实现了不同结构面倾角的剪切试验，克服了多结构面倾角试样制作的繁琐性，同一类型的试样可实现多结构面倾角的剪切试验。同时，该装置结构简单可靠，便于拆卸与组装，操作步骤直观、易懂；由于加入了水平调节地脚和水准尺，可以精确调平底座结构的水平度，避免了测试结果的不精确。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为倾斜台旋转过程中不同加载方向上待测试样的受力示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-2和具体实施步骤对本发明做进一步的详细说明。一种多向加载结构面强度测定装置，包括底座支撑结构、倾斜平台结构、剪切试验结构三大部分。底座支撑结构包括水平调节地脚9、水平丝杆4以及与水平丝杆连接的可动倾斜平台支撑架3。水平调节地脚9与底座13螺纹连接，可通过水平调节地脚9调节底座13的水平度，水平度通过水平尺8体现。底座13设有倾斜平台支撑架3和水平丝杆4，水平丝杆4安装有滑块14，固定滑块14的位置实现对倾斜平台12的支撑。滑块14和倾斜平台12、倾斜平台支撑架3铰接。倾斜平台结构包括倾斜平台12、角度标尺6以及转动支架15。倾斜平台结构通过转动支架15与底座相互连接，转动支架15与底座13刚性连接，转动支架15与倾斜平台12铰接，铰接点装有角度标尺6，控制倾斜平台12的斜度。剪切试验结构包括上剪切盒16、下剪切盒11、支撑立柱2、加载千斤顶7、反力支撑框架5、加载杆1及加载杆支撑架21。下剪切盒11和支撑立柱2与倾斜平台12刚性连接，倾斜平台12下部装有固定下剪切盒11的销钉。加载千斤顶7通过反力支撑框架5施加压力于上剪切盒16上，从而施加压力给待测样本10。加载杆1与加载器19相连，加载杆1通过支托18与垂直丝杆17连接，以便稳定加载装置，垂直丝杆17与底座13刚性连接。加载杆支托18内设滑动钢珠，加载器19通过两个可动滑丝20与加载杆反力支撑架21滑动连接，加载杆反力支撑架21与底座13刚性连接。加载杆1作用于上剪切盒16的侧壁上，通过加载杆1实现对待测试样10的不同方向上剪切力的施加。

所述一种多向加载结构面强度测定装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，固定测量装置的位置，通过底座13下部的水平调节地脚9和水平尺8，将底座结构进行精平；

步骤2，将倾斜平台12设置为水平放置，安装待测试样10于上下剪切盒11中，通过垂直加载千斤顶7控制待测试样10的垂直压力，通过加载杆1对待测试样10施加平行于结构面的剪切力，记录剪切试验数据；

步骤3，拆除剪坏试样，按照步骤2的操作重新安装待测试样10，使待测试样10与上下剪切盒契合，施加垂直压力。顺时针缓慢抬升倾斜台12，通过角度标尺6控制抬升角度10°，通过底座水平丝杆4和滑块14及倾斜平台支撑架3牢固稳定倾斜台12；

步骤4，通过加载杆反力支撑架21上的可动滑丝20和垂直丝杆17上的支托18调节加载杆1的高度，且需保持加载杆1水平，对待测试样10施加剪切力，记录剪切试验数据；

步骤5，重复执行步骤3和步骤4的操作，记录试验每次试验的角度标尺读数及相应剪切试验数据，进行汇总。

步骤6，结合所测得的数据，确定不同加载角度下结构面的抗剪强度。

步骤2中的剪切破坏判据为：上下岩块相对剪切位移达到2mm时即认为结构面发生直剪破坏。

上述测定装置及实施步骤仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种多向加载结构面强度测定装置，其特征在于：包括底座支撑结构、倾斜平台结构、剪切试验结构三大部分；

底座支撑结构包括水平调节地脚、水平丝杆以及与水平丝杆连接的倾斜平台支撑架；

其中，水平调节地脚与底座螺纹连接，底座通过水平可调节地脚来调节水平度；底座设有倾斜平台支撑架和水平丝杆，水平丝杆上安装有滑块，调节滑块位置实现对倾斜平台的支撑；滑块和倾斜平台与支撑支架铰接；

倾斜平台结构包括倾斜平台、角度标尺以及平台转动支架；

其中，倾斜平台通过转动支架与底座连接，转动支架与底座刚性连接，转动支架与倾斜平台铰接，铰接点装有角度标尺，控制倾斜平台的斜度；

剪切试验结构包括上剪切盒、下剪切盒、加载千斤顶、千斤顶反力支撑框架、垂直丝杆、加载杆及加载杆反力支撑架；

其中，下剪切盒和支撑立柱与倾斜台刚性连接，倾斜平台通过销钉将下剪切盒固定；支撑立柱上设有反力支撑框架，下剪切盒内设有待测样本，待测样本上罩设有上剪切盒；千斤顶通过反力支撑框架施加压力于上剪切盒上，从而施加压力给待测样本；加载杆与加载器相连，加载杆通过支托与垂直丝杆连接，垂直丝杆与底座刚性连接；加载器通过两个滑丝与加载杆反力支撑架滑动连接，加载杆反力支撑架与底座刚性连接；加载杆输出端作用于上剪切盒侧壁上，在加载杆作用下实现对待测试样的多角度剪切力的施加。

2.一种多向加载结构面强度测定装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，固定测量装置的位置，通过底座下部的水平调节地脚和水平尺，将底座进行精平；

步骤2，将倾斜平台设置为水平放置，安装待测试样于上下剪切盒中，通过垂直加载千斤顶控制待测试样的垂直压力，通过加载杆对待测试样施加平行于结构面的剪切力，记录剪切试验数据；

步骤3，拆除剪坏试样，按照步骤2的操作安装待测试样，使待测试样与上下剪切盒契合，施加垂直压力；顺时针缓慢抬升倾斜台，通过角度标尺控制抬升角度10°，通过底座水平丝杆和滑块牢固稳定倾斜台；

步骤4，通过加载杆反力支撑架上的滑丝和垂直丝杆上的支托调节加载杆的高度，且需保持加载杆水平，对待测试样施加剪切力，记录剪切试验数据；

步骤5，重复执行步骤3和步骤4的操作，记录试验每次试验的角度标尺读数及相应剪切试验数据，进行汇总；

步骤6，结合所测得的数据，确定不同加载角度下结构面的抗剪强度。

3.根据权利要求2所述的一种多向加载结构面强度测定装置的使用方法，其特征在于：

步骤2中的剪切破坏判据为：上下岩块相对剪切位移达到2mm时即认为结构面发生直剪破坏。