適用于節理巖體直剪試驗的制樣裝置、制樣剪切裝置及制樣剪切試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及節理巖體直剪試驗技術領域，提供一種適用于節理巖體直剪試驗的制樣裝置和制樣剪切裝置，還提供使用該制樣剪切裝置進行制樣和剪切試驗的方法。
【背景技術】
[0002]節理巖體的工程力學參數是進行工程設計的前提和基礎，其取值是否合理直接關系到工程的經濟性和安全性。
[0003]巖體作為長期地質構造運動的產物，包含大量不連續結構面如:斷層、節理、層理、裂隙等，這些結構面相互交切形成了特定的巖體結構，巖體介質特有的這種復雜的結構特征，使其工程力學參數的確定變得十分困難。
[0004]長期以來，如何合理地確定節理巖體的工程力學參數一直是巖石力學界廣泛關注而又未能很好解決的熱點和難點問題。大量工程實踐表明，節理巖體的破壞主要表現為巖體內部節理閉合、張開和擴展形成貫通滑移通道的破壞，該破壞模式下節理巖體強度特性及節理和巖橋的變形、破壞發展規律等問題至今仍沒有很好地解決。
[0005]室內直接剪切試驗(簡稱直剪試驗)是解決上述問題最直接有效的手段。由于采樣的困難，室內試驗研宄常在類巖石材料試體中預制節理來模擬節理巖體，現有技術中在制作模擬節理巖體中，是采用在模型中插入一定厚度的薄鋼片構成模擬節理結構。例如，Reyes, Einstein (1991)在模型中插入厚度為0.25mm的薄鋼片，劉遠明(2007)在模型中插入厚度0.3mm的薄鋼片模擬節理。現有技術在制作節理巖體模型中主要存在以下幾個方面冋題:
(1)預制節理巖體的模具缺少節理定位裝置，制模過程中可能造成節理幾何形狀發生變化；
(2)現有技術不適合多節理巖體模型的制作；
(3 )現有技術在試驗過程中需要對節理巖體試樣進行脫模、裝樣等工序，可能對巖體結構造成損傷，影響試驗結果。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種適用于節理巖體直剪試驗的制樣裝置，其能夠保證節理幾何尺寸的精度，適用于復雜節理巖體試樣的制備。
[0007]本發明的另一個目的在于提供一種適用于節理巖體直剪試驗的制樣剪切裝置，其能夠保證節理幾何尺寸的精度，適用于復雜節理巖體試樣的制備，同時可以將該裝置轉化為剪切裝置，從而減少試樣因脫模、裝樣環節造成的影響。
[0008]本發明的再一個目的在于提供使用上述制樣剪切裝置進行制樣剪切試驗的方法。
[0009]本發明的目的是這樣實現的:
一種適用于節理巖體直剪試驗的制樣裝置，其包括一制樣組件和一節理成型組件， 該制樣組件包括一筒體，該筒體相對的兩個側壁為擋板，每個擋板是包括兩個板體或為一整塊板體，當包括兩個板體是，兩個板體之間通過設置可拆的固定結構固為一體，兩個板體之間的縫隙平行于所述筒體的軸線且相互對齊設置，且該縫隙通過密封件密封；
該節理成型組件包括上下兩個定位件和節理成型件，每個所述定位件上設有定位結構，使得所述節理成型件固定在兩個定位件上且可由上定位件上抽出；所述節理成型組件與所述制樣組件之間設置可拆的固定結構，使得當節理成型組件與所述制樣組件相結合固定為一體時，所述下定位件可拆地固定在所述筒體的下端，封閉筒體的下底面，所述節理成型件平行于所述筒體軸線地置于所述筒體中且與兩個所述側壁的所述縫隙相對應，所述上定位件可拆地固定在所述筒體的上端面上，構成節理巖體成型模具。
[0010]一種適用于節理巖體直剪試驗的制樣剪切裝置，其包括一制樣組件、一節理成型組件和一直剪裝置轉化組件，
該制樣組件包括一筒體，該筒體相對的兩個側壁為擋板，每個擋板是包括兩個板體，其間通過設置可拆的固定結構固為一體，兩個板體之間的縫隙平行于所述筒體的軸線且相互對齊設置，且該縫隙通過密封件密封；
該節理成型組件包括上下兩個定位件和節理成型件，每個所述定位件上設有定位結構，使得所述節理成型件固定在兩個定位件上且可由上定位件上抽出；所述節理成型組件與所述制樣組件之間設置可拆的固定結構，使得當節理成型組件與所述制樣組件相結合固定為一體時，所述下定位件可拆地固定在所述筒體的下端，封邊筒體的下底面，所述節理成型件平行于所述筒體軸線地置于所述筒體中且與兩個所述側壁的所述縫隙相對應，所述上定位件可拆地固定在所述筒體的上端面上，構成節理巖體成型模具；
該直剪裝置轉化組件包括兩對側板，兩對側板分別與所述筒體的兩側端面之間設置可拆的固定結構，使得當通過該可拆固定結構將所述側板與所述筒體固定后形成剪切盒，每對側板的接縫與所述筒體上兩個板體之間的縫隙對應。
[0011]優選地，所述筒體為四邊形截面，其有四塊側板固定連接，其中相對設置的一對側板為，每塊側板為一整塊板構成，形成底板，相對設置的另一對側板為所述擋板。
[0012]所述擋板中的兩個板體之間的所述縫隙的密封件可以是固定在兩個板體之間的橡膠墊，也可以是夾設在兩個板體之間的一成縫中間板，該成縫中間板與相鄰的兩個板體通過設置的可拆的固定結構固為一體。
[0013]優選地，所述擋板中兩個板體之間的所述縫隙的寬度為5-10mm。該縫隙如果過窄，在進行直剪試驗中，施加法向力，兩個板體很容易接觸上，這樣，施加的壓力就沒有作用的巖體試件上。但如果該縫隙過寬，在直剪試驗中，剪切面就不容易確保為水平面，而形成斜面剪切了。
[0014]所述節理成型件的寬度不宜過窄。優選地，該節理成型件的寬度不小于試件剪切長度的1/4 ;或者，上定位板的寬高比A1/L1 > 1/3。
[0015]所述可拆的固定結構為螺栓連接結構。
[0016]優選地，將所述擋板的兩個板體和其間的成縫中間板固為一體的可拆的固定結構為貫穿該兩個板體和夾設在兩個板體之間的成縫中間板的至少兩根螺桿固定裝置。
[0017]優選地，所述節理成型組件中的下定位件由至少兩塊板體組成，其中一塊板體上設置所述定位結構，各個板體與所述筒體的端面之間設置可拆的固定結構。而各個板體之間沒有固定結構。
[0018]一個優選方案為，所述下定位件包括三塊板，其中，邊上的兩塊板分別與四邊形截面筒體中的一整塊板和其兩端固連的作為擋板中的一個板體固連形成托底板，中間的板上設置固定所述節理成型件的條縫，該中間的板與擋板的縫隙兩側的兩個板體固連。
[0019]所述節理成型組件中，所述節理成型件可以是為矩形片材，也可以是其橫截面形狀為折線型或鋸齒型的片材，所述上下定位件上的定位結構為與節理成型件橫截面匹配的條縫。
[0020]所述條縫在所述定位件上設置若干個，以在模擬節理巖體中形成多個節理。
[0021]對應于所述矩形片材的節理成型件，在若干條縫中，條縫的走向可以是相同的，也可以是不同的，還可以是交叉的形態。
[0022]所述節理成型件可以是鐵片、砂紙或粗布中的一種或幾種。
[0023]使用上述制樣剪切裝置進行制樣和剪切試驗的方法是:包括如下步驟:
步驟1:將所述制樣組件和所述節理成型組件固為一體，構成節理巖體成型模具；
步驟2:在該節理巖體成型模具中倒入試樣材料，振搗，靜置，使之成型；
步驟3:取出節理成型件，在巖體中形成節理結構；
步驟4:將模具和澆注巖體一體件立起來，這時所述擋板垂直設置，拆除與筒體固結的節理成型組件中的上下定位件，并拆除構成擋板的兩個板體的可拆的固定結構及兩個板體之間的密封件或成縫中間板；
步驟5:在筒體的兩個端面上通過可拆