[发明专利]一种适用于隧道内岩土体原位直剪试验装置及方法

权利要求书

1.一种适用于隧道内岩土体原位直剪试验装置，其特征在于，包括试验块、垂向压力系统和切向压力系统，其中：

试验块包括用于容置试样(1)的上下贯通的剪切盒(16)；

垂向压力系统包括自上而下依次设置的垂向载荷(5)、反力支架(20)、垂向传力千斤顶(2)、第一垂向压力板(71)、滚轴排(8)和第二垂向压力板(72)，第二垂向压力板(72)的下端面与试样(1)的上端面相接，垂向传力千斤顶(2)与第一手动油压泵(151)通过油管连接；

切向压力系统包括在水平方向上依次连接的切向反力支座(6)、切向传力钢板(11)和剪切千斤顶(3)，剪切千斤顶(3)与剪切盒(16)的侧面连接，剪切千斤顶(3)与第二手动油压泵(152)通过油管连接；

垂向传力千斤顶(2)两侧对称设置有两个用于量测试验过程中试样(1)的垂向位移的垂向位移计(18)，剪切千斤顶(3)上方对称设置有两个切向位移计(17)，切向位移计(17)用于量测试验过程中试样(1)在剪切过程中的切向位移。

2.根据权利要求1所述的一种适用于隧道内岩土体原位直剪试验装置，其特征在于，还包括数据采集箱(14)，两个垂向位移计(18)、两个切向位移计(17)、垂向传力千斤顶(2)和剪切千斤顶(3)均与数据采集箱(14)连接。

3.根据权利要求1所述的一种适用于隧道内岩土体原位直剪试验装置，其特征在于，还包括设置在垂向传力千斤顶(2)和反力支架(20)的水平板之间的传力板(9)，传力板(9)用于大垂向传力千斤顶(2)和反力支架(20)之间的接触面积。

4.根据权利要求1所述的一种适用于隧道内岩土体原位直剪试验装置，其特征在于，还包括切向压力板(10)，切向压力板(10)位于剪切千斤顶(3)和剪切盒(16)之间，切向压力板(10)的面积大于剪切盒(16)侧面的面积。

5.根据权利要求1所述的一种适用于隧道内岩土体原位直剪试验装置，其特征在于，切向反力支座(6)包括至少两根并排设置在坑壁(22)内侧的土体中的钢管，经过所有钢管中轴线的平面与剪切千斤顶(3)的中轴线垂直，钢管的上端面高于剪切千斤顶(3)的顶面，钢管中设置有若干钢筋。

6.根据权利要求5所述的一种适用于隧道内岩土体原位直剪试验装置，其特征在于，钢管与切向传力钢板(11)之间填充有碎石或细集料(13)。

7.根据权利要求1所述的一种适用于隧道内岩土体原位直剪试验装置，其特征在于，垂向传力千斤顶(2)和剪切千斤顶(3)均为双作用液压千斤顶。

8.基于权利要求1所述的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、试样制备，在隧道掌子面附近选择未经扰动的具有代表性的原状围岩位置，将岩土体削切为块体，在试样上套入剪切盒，将剪切盒与试样之间缝隙用碎石和细沙填满；

步骤2、仪器安装，将各个试验装置安装至指定位置；剪切盒(16)上方的传力装置安放完成后，用水平尺量测，保证试样(1)上方的传力装置完全水平，传力装置包括自上向下依次设置的第一垂向压力板(71)、滚轴排(8)和第二垂向压力板(72)；

步骤3、垂向加载，对试样(1)分级施加垂向荷载，分3级达到试验要求的荷载，施加荷载后每5min观测变形一次，至每分钟的变形不超过0.05mm时，加下一级荷载；最后一级荷载施加后当30min内的垂向变形不超过0.05mm时，可认为稳定，即可施加切向剪切荷载；

步骤4、切向加载，分8—12级对试样(1)施加切向荷载，每级荷载施加后，测读剪切位移和法向位移，5min后再测读一次，即可施加下一级荷载；在切向加载过程中，当切向荷载达到峰值或稳定时，即认为试样受损；

步骤5、重复试验，重复步骤1至4，在不同垂向荷载条件下，对同一岩性地层以同样的方式进行3-5个试样的剪切试验；

步骤6、数据处理，根据上述步骤测读的数据，绘制不同压力条件下的剪切位移—剪应力曲线，回归分析采用峰值时对应的剪应力，计算抗剪强度、岩体粘聚力C和内摩擦角的值。