[发明专利]一种考虑不同边界条件的岩石节理动态剪切实验方法

说明书

本发明的一种考虑不同边界条件的岩石节理动态剪切实验方法，包括如下步骤：S1，制备试样，然后将试样安装在剪切盒内；S2，选择是否考虑法向动态荷载，然后设定法向边界控制方式；S3，施加法向静态荷载，利用静态法向加载单元以恒定的加载速率对试样施加法向荷载至目标压力值；S4，利用静态剪切加载单元以恒定的加载速率对试样施加切向荷载至目标压力值；S5，利用动态剪切加载单元和动态法向加载单元施加切向动荷载和法向动荷载；S6：依据监测记录的剪切荷载、剪切位移、法向荷载、法向位移，分析试样的剪切强度、剪切刚度、剪胀角。本发明可以很好地模拟工程岩体中节理的不同边界条件。

技术领域

本发明属于岩石节理的动态剪切实验技术领域，尤其涉及一种考虑不同边界条件的岩石节理动态剪切实验方法。

背景技术

工程岩体中广泛存在的节理面是影响岩体结构物稳定性的重要因素，节理的剪切破坏是导致岩体结构失稳、诱发地震、岩爆等地质灾害的重要原因。开展节理的剪切力学特性研究，特别是动态剪切力学特性研究，对岩体工程的设计、施工及运营维护全过程都具有十分重要的意义。

目前，在研究节理岩体动态剪切特性的实验方法中，恒定法向压力条件的实验方法较为常用，即在节理发生动态剪切变形过程中，始终维持节理法向压力不变。然而，这一方法仅适合于模拟未锚固岩体边坡和浅部工程岩体在节理切向受到动荷载作用时的破坏过程。对于不同的工程岩体，其所处的应力环境各不相同，进而在节理发生剪切变形时，其法向边界和切向边界形式多样，如对于深部硐室的围岩体、锚固岩体边坡等，节理剪切变形过程中，法向压力有较大变化，采用恒定法向刚度边界更符合工程实际。另外，由于地下硐室开挖后岩体存在临空面，在地应力作用下，岩石节理将发生初始的剪切变形；并且节理切向和法向可能同时受到动态荷载的作用。综上，节理岩体在发生剪切变形的过程中，其法向边界具有恒定法向压力、恒定法向刚度、法向动压、法向静压与法向动压组合等4种类型；切向边界具有静态剪切、动态剪切、静态剪切与动态剪切组合等3种类型。显然，现有实验方法考虑的边界条件较为单一，因此，在研究结果应用方面不可避免地存在一定的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种考虑不同边界条件的岩石节理动态剪切实验方法。该方法考虑了恒定法向压力、恒定法向刚度、法向动压、法向静压与法向动压组合等4种类型的法向边界条件；静态剪切、动态剪切、静态剪切与动态剪切组合等3种类型的切向边界条件。根据拟研究的问题，选择合理的法向边界和切向边界组合方式，可以很好地模拟工程岩体种节理的不同边界条件，从而为探究不同边界条件下岩石节理的动态剪切力学特性提供实验基础。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种考虑不同边界条件的岩石节理动态剪切实验方法，包括如下步骤：

S1，制备试样，然后将试样安装在剪切盒内；试验装置包括动态剪切加载单元、静态剪切加载单元、动态法向加载单元、静态法向加载单元、数据监测和采集单元；

S2，选择是否需要施加法向动态荷载；若不需要，则在实验控制系统中设定法向边界控制方式；若需要，则跳过本步骤；

S3，施加法向静态荷载，利用静态法向加载单元以恒定的加载速率对试样施加法向荷载至目标压力值；

S4，选择是否需要施加初始切向静荷载；若需要，则利用静态剪切加载单元以恒定的加载速率对试样施加切向荷载至目标压力值；若不需要，则跳过本步骤；

S5，利用动态剪切加载单元和动态法向加载单元施加切向动荷载和法向动荷载；

S6：数据分析；依据数据监测和采集单元监测记录的剪切荷载、剪切位移、法向荷载、法向位移，分析试样的剪切强度、剪切刚度、剪胀角。

进一步的，S1中，试样为节理岩石试样，采用人工浇筑或者岩石劈裂的方式制备。