[发明专利]岩石旋转剪切试验机

说明书

本发明涉及室内岩石力学试验装置，更具体涉及可实现剪切面旋转和主应力方向变化的岩石旋转剪切试验机，属于岩土工程技术领域。该试验机由支撑柱、反力板、连接板、方槽底座、第一千斤顶、第二千斤顶、第三千斤顶、旋转剪切盒组成，本发明的岩石旋转剪切试验机解决了岩石室内试验应力路径单一的难题，通过上杠杆和下杠杆扭转，带动上内盒和下内盒旋转，并操作三个千斤顶对试样施加压力，完成试样在外荷载作用下剪切面连续旋转，模拟应力主轴旋转和主应力大小变化，岩石旋转剪切试验机操作简单，易于普及，加载系统功能丰富，可普遍用于岩石复杂应力路径的室内试验。

技术领域

本发明涉及室内岩石力学试验装置，更具体涉及可实现剪切面旋转和主应力方向变化的岩石旋转剪切试验机，属于岩土工程技术领域。

背景技术

煤炭采深逐渐增加，水利水电隧洞埋深增大，在此条件下，高地压、岩爆、突涌水、软岩大变形等灾害风险增大。上述工程灾害发生的最根本的科学问题在于围岩应力状态的改变。通常，岩石应力状态的变化可以用应力路径表示，即应力大小和方向变化。在主应力空间中，应力路径表现为主应力大小变化和主应力旋转。但是，现有的岩石力学试验仪器的功能集中于实现主应力大小的变化，如：岩石单轴试验机、常规三轴试验机、真三轴试验机、压剪仪、拉剪仪等，而实现主应力旋转的岩石力学试验仪器罕见报道。

已有数值研究结果表明，主应力旋转会影响岩石裂隙的产生和扩展方向。岩石裂隙面的演化，类似于岩石剪切试验中剪切面的破裂过程。但是，传统的岩石剪切试验的剪切方向固定，试验中岩石沿固定的剪切面发生剪切破坏。在剪切面角度变化方面，变角度剪切方面的研究不多，而且剪切面角度变化过程中试验外荷载必须卸除，无法进行在加荷条件下剪切面的连续旋转研究。

值得注意的是，岩石空心圆柱扭剪仪的成功研制，标志着第一台可以实现岩石主应力方向变化的试验仪器诞生。岩石空心圆柱扭剪仪中的试样承受四个外荷载，通过控制外荷载的不同组合可以描述代表性单元体的应力状态改变，因此，岩石空心圆柱扭剪仪对应力路径的模拟具有先天性优势。但是，岩石空心圆柱扭剪仪属于非常规试验仪器，普及起来较为困难，设备较为高端，制造复杂，试验操作精细，试验操作人员需经特殊培训才能掌握。

因此，目前揭示主应力方向变化诱导剪切面旋转破坏机理的岩石力学试验仪器种类有限，亟需研发一种易于普及的、可以实现剪切面旋转和主应力方向变化的岩石力学试验仪器，为解决岩石力学中复杂应力路径下的岩石渐进破坏的理论和工程问题奠定试验基础。

发明内容

本发明的目的是在于提供易于普及的、加载系统功能丰富、可以实现剪切面旋转和主应力方向变化的岩石旋转剪切试验机。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：