[发明专利]一种组合式（类）岩石三轴直剪试验装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种组合式(类)岩石三轴直剪试验装置，包括装样套筒、变截面压头、两个与试样横截面对应的对半弹性垫片、环形弹性垫片以及环向弹性封块，装样套筒侧面设有环形缺口，环向弹性封块与缺口对应，装样套筒试样腔底边设有与对半弹性垫片对应的凹槽，变截面压头包括依次连接的内径与装样套筒一致的头部、内径略小于试样的柱形中部以及与凹槽截面位置、尺寸对应的柱形下部，装样套筒试样腔上部设有与柱形中部以及柱形下部对应的变截面开孔，柱形下部底部可与试样顶面接触，柱形中部底边通过对半弹性垫片与变截面开孔接触，头部通过环形弹性垫片与装样套筒顶部接触。本发明可用于安全、便捷的进行常规组合式(类)岩石三轴直剪试验。

技术领域

本发明涉及一种组合式(类)岩石三轴直剪试验装置及其使用方法，属于岩土工程试验技术领域。

背景技术

(类)岩石试样的室内直剪试验是岩土材料试验领域非常重要的一类试验，一组直剪试验可用于确定岩石的强度参数(粘聚力和内摩擦角)。利用现有技术成熟的三轴压缩试验设备开展直接剪切试验，并考虑剪切面法向应力变化、多场耦合效应及流变变形，是全球岩石力学界重点关注的新型试验。

但是目前国内外完成此类试验成功率低，科研成果报道较少。这主要是因为，此类试验试样尺寸和装样准确度要求高，由于不可避免的扭转偏心因素，试验难度大，试验效率低，试验成本(经济成本、时间成本)远远超出传统三轴压缩试验、剪切试验等常见室内岩石力学试验，影响了国内外科研人员在此类试验方面的研究进展。

此类试验难点在于如何克服轴向压力作用下试样上下两端产生的不平衡弯矩，如何在围压压力和轴向压力共同作用下保持试样的稳定剪切。若试验过程中试样发生倾覆，将会直接破坏价格昂贵的轴向LVDT传感器和环向应变传感器，同时底座受到不均匀压力和应力集中的影响也可能发生不可恢复变形，造成更大的经济损失。目前常规三轴压缩直剪试验常通过减小试样的高度来减小倾覆力矩，试验成功率虽有小幅提高但是依然较低，且在有围压的情况下基本失败，并没有从根本上解决问题。为此，需要开发一种能够保持试样稳定的安全、便捷的新型常规三轴直剪试验装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于安全、便捷的进行常规组合式(类)岩石三轴直剪试验的装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种组合式(类)岩石三轴直剪试验装置，包括装样套筒、变截面压头、两个与试样横截面对应的对半弹性垫片、环形弹性垫片以及环向弹性封块，所述装样套筒侧面设有环形缺口，所述环向弹性封块与所述缺口对应，所述装样套筒试样腔底边设有与所述对半弹性垫片对应的凹槽，所述变截面压头包括依次连接的内径与所述装样套筒一致的头部、内径略小于试样的柱形中部以及与所述凹槽截面位置、尺寸对应的柱形下部，所述装样套筒试样腔上部设有与所述柱形中部以及所述柱形下部对应的变截面开孔，所述柱形下部底部可与试样顶面接触，所述柱形中部底边通过所述对半弹性垫片与所述变截面开孔接触，所述头部通过所述环形弹性垫片与所述装样套筒顶部接触。

进一步的，所述试样的外轮廓为圆柱体形、立方体形或长方体形。

进一步的，所述变截面压头采用高强度不锈钢一体制成。

进一步的，所述对半弹性垫片采用硬橡胶制成。

进一步的，所述环形弹性垫片采用硬橡胶制成。

进一步的，所述环向弹性封块采用硬橡胶制成。

进一步的，所述变截面压头头部两侧设有传感器安装板，所述传感器安装板相对头部两边对称设有传感器安装孔道，用于安装轴向位移传感器。

一种组合式(类)岩石三轴直剪试验装置的使用方法，采用上述组合式(类)岩石三轴直剪试验装置，包括以下步骤：

(1)在所述装样套筒内部涂覆适量润滑剂；