一種巖石結構面剪切方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及巖石結構面的剪切，具體涉及一種巖石結構面剪切裝置及方法。
【背景技術】
[0002]巖石結構面是邊坡工程、壩基工程、采礦工程中普遍存在的介質，巖體內部大量不連續面影響并決定巖體的物理力學性質，通過剪切試驗來了解巖石結構面的力學及其變形特征，為各種巖體工程的設計及其建造提供重要的依據。
[0003]剪切強度試驗分為非限制性強度剪切試驗和限制性剪切強度試驗。非限制性強度剪切試驗在剪切面上只有剪應力存在，沒有正應力存在;限制性強度剪切試驗在剪切面上除了剪應力外，還存在正應力。較為常用的為限制性強度剪切試驗，由于施加法向壓力的壓板與巖石試樣之間存在摩擦，因此所測剪切強度為巖石試樣實際剪切強度與壓板和試樣之間摩擦力之和。
[0004]由于沒有統一的剪切試驗機的制造標準，出現了眾多巖石結構面剪切裝置，這些剪切裝置普遍是沿用巖石剪切裝置，同時，對實驗裝置的結構進行了改進，但是巖石結構面剪切與單純的巖石剪切又存在不同之處，即巖石結構面在剪切過程中，巖石結構面試樣不僅在剪切方向會產生相對滑動，而且在法線方向也會產生向上的位移，即剪脹位移。普通的巖石剪切試驗裝置由于施加剪力的壓板和巖塊表面直接接觸，壓板和巖塊表面之間的摩擦力較大，巖塊不能在壓板表面自由移動，從而限制了結構面巖塊的上下移動，得到的巖石結構面的剪脹位移量失真。因此，普通巖石剪切試驗裝置不適用于研究巖石結構面的剪脹特性。
[0005]傳統的巖石結構面的剪切裝置均為單向剪切裝置，存在諸多的缺陷。一般限制巖石結構面的下盤巖塊，即保持巖石結構面的下盤巖塊不動，而對巖石結構面的上盤巖塊的上表面施加法向壓力，同時對上盤巖塊的側面施加剪切力，使巖石結構面上盤巖塊在下盤巖塊基底上發生相對的剪切變形，通過分析剪切力和剪切位移的關系，得到巖石結構面的抗剪強度和剪切力學特性。而巖體工程的失穩過程往往表現為巖石結構面上、下盤的同時運動，如地震作用下巖石結構面的錯動滑移。研究巖石結構面上盤和下盤同時受剪時的力學特性需要研制巖石結構面雙向剪切的試驗裝置。
[0006]此外，目前眾多的實驗均未涉及到不同溫度條件下巖石剪切試驗機的研制。巖石在不同溫度條件下表現出不同的巖石力學性質，在不同溫度條件下巖石結構面剪切必將呈現出不同的力學性質及剪張效應，故研究巖石剪切強度應考慮溫度的影響是也是一項關鍵的技術。
【發明內容】
[0007]針對現有技術存在的上述技術問題，本發明提出了一種雙向剪切的巖石結構面剪切裝置，并且優選地提出包含加熱系統的剪切裝置。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下: 1、雙向剪切的巖石結構面剪切裝置，用以實現雙向剪切
如圖1所示，一種雙向剪切的巖石結構面剪切裝置，包括試件系統、壓板系統、加載系統和數據采集系統;其特征在于，所述壓板系統包括上、下、左、右四塊壓板，上壓板10和下壓板22平行且正位設置，施加法向壓力；左壓板11與右壓板23平行相對且錯位設置，同時施加剪切力。
[0009]所述的試件系統為巖石結構面試件，以巖石結構面21為界，分為巖石結構面上盤巖塊33和巖石結構面下盤巖塊32。
[0010]所述壓板系統包括上、下、左、右四塊壓板，上壓板10與巖石結構面上盤巖塊33的上表面平行相貼，左壓板11與巖石結構面上盤巖塊33的左表面平行相貼且下端與巖石結構面21齊平，下壓板22與巖石結構面下盤巖塊32的下表面平行相貼，右壓板23與巖石結構面下盤巖塊32的右表面平行相貼且上端與巖石結構面21齊平，所述上壓板10與左壓板11、下壓板22與右壓板23固定連接，各成7字形。
[0011]所述的加載系統，包括法向壓力加載裝置、雙向剪切力加載裝置、及反力架，所述法向壓力加載包括上壓頭8、凹球形壓頭40、加載活塞3、液壓缸2及底座29，所述凹球形壓頭40與上壓頭8通過半球面配合相連，加載活塞3—端伸入液壓缸2內，液壓缸2固定于反力架I上端，所述底座29位于下壓板22下方，并固定于反力架I下端的上表面;所述雙向剪切力加載裝置包括錯位相對設置的左、右剪切力加載裝置，左剪切力加載裝置包括伺服電機I 18、減速機I 36、第一滾珠絲杠16、第一滾珠絲杠缸34及左壓頭14，實現從左至右施加剪切力，右剪切力加載裝置包括伺服電機Π 30、減速機Π 38、第二滾珠絲杠28、第二滾珠絲杠缸13及右壓頭26，實現從右至左施加剪切力。
[0012]所述的數據采集系統包括電腦控制器31及與其相連第一壓力傳感器4、第二壓力傳感器15、第三壓力傳感器27、第一位移引伸計LVDT6、第二位移引伸計LVDT 7。
[0013]上述雙向剪切的巖石結構面剪切裝置包括輥組輔助系統。所述的輥組系統包括上壓輥組9、下壓輥組17、左壓輥組12和右壓輥組24。上壓輥組9位于上壓頭8與上壓板10之間，下壓輥組17位于下壓板22和底座29之間，左壓輥組12位于左壓頭14與左壓板11之間，右壓輥組24位于右壓頭26與右壓板23之間。左壓輥組12極大地減少了左壓頭14與左壓板11之間的摩擦，右壓輥組24極大地減少了右壓頭26與右壓板23之間的摩擦。巖石結構面上盤巖塊33能夠沿左壓輥組12移動，從而能夠準確地得到巖石結構面剪切過程中巖石結構面上盤巖塊33的法向位移，即剪脹位移，上壓輥組9極大地減少了上壓頭8與上壓板10之間的摩擦，下壓輥組17極大地減少了底座29與下壓板22之間的摩擦，巖石結構面上盤巖塊33、下盤巖塊32能沿上壓輥組9、下壓輥組17左右移動。
[0014]、附載加熱系統的雙向剪切的巖石結構面剪切裝置，用以實現溫度控制的巖石結構面雙向剪切
如圖2所示，在前述方案的基礎上，提出了優選的技術方案，所述的雙向剪切的巖石結構面剪切裝置，還包括加熱系統。所述的加熱系統包括位于上盤巖塊和下盤巖塊內部的加熱孔及與加熱孔匹配并中間帶有加熱棒的橡膠塞，所述橡膠塞通過鋼條固定在上、下盤巖塊表面。
[0015]上述巖石結構面剪切裝置，所述數據采集系統還包括與其相連的溫度感應器，所述溫度傳感器位于巖石結構面上、下盤巖塊上，準確獲得巖石結構面上、下盤巖塊各處的溫度。具體地，數據采集系統包括電腦控制器及與其相連第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一位移引伸計LVDT、第二位移引伸計LVDT;并設置加熱棒及溫度傳感器。
[0016]如圖2所示，含加熱系統的雙向剪切的巖石結構面剪切裝置的技術方案簡單描述如下。一種巖石結構面剪切裝置，包括試件系統、加熱系統、壓板系統、加載系統和數據采集系統;所述試件系統為巖石結構面試件，以巖石結構面為界，分為巖石結構面上盤巖塊和巖石結構面下盤巖塊;所述加熱系統包括位于巖石結構面上、下盤巖塊內部的加熱孔及與加熱孔匹配并中間帶有加熱棒的橡膠塞，所述橡膠塞通過鋼條固定在上、下盤巖塊表面;所述壓板系統包括上、下、左、右四塊壓板，所述上壓板與巖石結構面上盤巖塊的上表面平行相貝占，所述左壓板與巖石結構面上盤巖塊的左表面平行相貼且下端與巖石結構面齊平，所述下壓板與巖石結構面下盤巖塊的下表面平行相貼，所述右壓板與巖石結構面下盤巖塊的右表面平行相貼且上端與巖石結構面齊平，所述上壓板與左壓板、下壓板與右壓板固定連接，各成7字形;所述加載系統包括法向壓力加載、左剪切力加載和右剪切力加載及反力架，所述法向壓力加載包括上壓頭、凹球形壓頭、加載活塞、液壓缸及底座，所述凹球形壓頭與上壓頭通過半球面配合相連，加載活塞一端伸入液壓缸內，液壓缸固定于反力架上端，所述底座位于下壓板下方，并固定于反力架下端的上表面;所述左剪切力加載包括伺服電機1、減速機1、第一滾珠絲杠、第一滾珠絲杠缸及左壓頭，所述左壓頭位于左壓板左方，與第一滾珠絲杠缸相連，第一滾珠絲杠伸入第一滾珠絲杠缸內；所述右剪切力加載包括伺服電機Π、減速機Π、第二滾珠絲杠、第二滾珠絲杠缸及右壓頭，所述右壓頭位于右壓板右方，與第二滾珠絲杠缸相連，第二滾珠絲杠伸入第二滾珠絲杠缸內；所述數據采集系統包括電腦控制器及與其相連第一壓力傳感器、第二壓力傳