[发明专利]一种测定多向剪切结构面强度的试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种测定多向剪切结构面强度的试验装置，其特征在于，包括上部剪切盒、下部剪切盒、底部垫片、加载板、上部垫片、传力块和试件固定块，下部剪切盒设有正十六边形的试件槽，上部剪切盒设有正十六边形的试件孔；试件固定块的横截面形状由一条长边和四条短边组成，所述长边与岩石试件横截面的边长一致，四条短边与所述试件槽及试件孔的其中四条边的边长及形状一致；底部垫片放置在所述试件槽底，岩石试件下半部放置在所述试件槽内，四件试件固定块插入岩石试件下半部四周予以固定；岩石试件上半部放置在所述试件孔内，四件试件固定块插入岩石试件上半部四周予以固定；所述传力块放置在岩石试件上半部上方，上部垫片放置在所述传力块上方，所述加载板对上部垫片施加法向压力。

2.根据权利要求1所述的测定多向剪切结构面强度的试验装置，其特征在于，下部剪切盒上表面设有两条由滚动轴承组成的滑道，所述滚动轴承最高点与下部剪切盒上表面处于同一平面。

3.根据权利要求2所述的测定多向剪切结构面强度的试验装置，其特征在于，所述滚动轴承为无外圈圆柱滚子轴承。

4.利用如权利要求1-3之一所述的测定多向剪切结构面强度进行的试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对岩石样品进行巴西劈裂试验，之后采用三维激光扫描仪对产生的两部分岩石样品结构面进行扫描获取其粗糙度分布；

2)将扫描得到的结构面粗糙度编写程序输入3D打印机中，用光敏树脂打印出结构面粗糙度；

3)采用相似材料浇筑成试件，其中，相似材料的配比经反复配比和抗压、抗剪试验，直至浇筑的块体强度与岩石近似；试件尺寸与岩石样品尺寸相同；

4)制作劈裂后的岩石试件的上半部、下半部，在浇筑中将打印的光敏树脂放入岩石试件的中间，待恒温养护后成型；同样的方法，制作其余47个岩石试件；

5)将底部垫片放入下部剪切盒中，再将岩石试件下半部放入下部剪切盒中，然后将四件试件固定块放入，固定岩石试件下半部；将岩石试件上半部放在岩石试件下半部上面，使之吻合；然后将四件试件固定块安放在岩石试件上半部四周，之后将上部剪切盒套入，再依次安装传力块、上部垫片和加载板；

6)按照试验方案，用加载系统向所述加载板施加法向压力，之后向上部剪切盒、下部剪切盒施加剪切应力；数据记录系统记录数据；试验后采用三维激光扫描仪扫描结构面，在研究结构面抗剪强度的各向异性中，用于比较试验前后结构面粗糙度的变化，及其分析与抗剪强度的关系；

7)每个剪切方向完成3个试块；通过试件固定块与岩石试件配合实现调整岩石试件的方向，完成结构面上16个方向的剪切抗剪强度测定。

5.根据权利要求4所述的试验方法，其特征在于，所述光敏树脂的厚度为8mm；上部垫片厚度为1cm，加载板厚度为10cm。