[发明专利]一种适用于不同边界条件的岩石节理动态剪切实验装置

说明书

本发明的一种适用于不同边界条件的岩石节理动态剪切实验装置，包括剪切盒，剪切盒外围分别设置有：动态剪切加载单元，用于对剪切上盒施加切向的冲击力；静态剪切加载单元，用于从剪切上盒一侧对试样施加静态剪切荷载；动态法向加载单元，设置于剪切上盒远离剪切下盒的一端，用于对试样进行法向动态加载；法向压力伺服加载单元，设置于剪切下盒远离剪切上盒的一端，用于对试样进行法向压力加载，其包括有法向加载伺服控制系统；数据监测和采集单元，包括法向压力传感器、法向位移传感器、切向压力传感器、切向位移传感器、信号控制器和计算机。本发明能够为进一步开展岩石节理的动态剪切特性研究提供实验条件。

技术领域

本发明属于领域，尤其涉及一种适用于不同边界条件的岩石节理动态剪切实验装置。

背景技术

天然岩体中存在各种不连续面，其中，节理是最为常见的中等尺度不连续面。由于节理的存在，岩体与完整岩石在物理、力学性质方面具有显著差别。岩石节理的变形有两个方面：一是节理的法向变形，主要表现为节理的张开、闭合；二是节理的切向变形，主要表现为节理的剪切滑移及粗糙面的剪切破坏。节理的切向变形性质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，特别是动力学特性研究，对工程设计、施工及运营维护全过程都具有十分重要的意义。

目前，常用的岩石节理动态剪切实验技术为直接剪切，其利用直剪仪进行岩石节理的动态剪切实验。由于直剪仪采用液压伺服方式加载，动态剪切加载速率一般低于10³mm/min或10²kN/s量级，这明显低于地震波或爆破应力波作用下的节理剪切速率。同时，在现有岩石节理动态剪切实验技术中，岩石节理的法向边界控制方式以恒定法向压力控制较为多见，这对于模拟未锚固岩体边坡和浅部岩体的动态剪切是有效的。而对于深部硐室的围岩体、锚固岩体边坡等，节理剪切过程中，法向压力有较大变化，显然采用恒定法向压力的法向边界控制方式并不合适，而应采用恒定法向刚度边界。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。因此，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。因此，为更为真实地再现工程岩体的动态剪切破坏过程，亟待开发一种能够适用于不同边界条件的岩石节理动态剪切实验装置。

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适用于不同边界条件的岩石节理动态剪切实验装置，本发明能够为进一步开展岩石节理的动态剪切特性研究提供实验条件。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种适用于不同边界条件的岩石节理动态剪切实验装置，包括用于放置试样的剪切盒，剪切盒由尺寸形状一致的剪切上盒和剪切下盒拼接而成；剪切盒外围分别设置有：

动态剪切加载单元，设置于剪切上盒的关于剪切下盒对称的两侧的其中一侧，用于对剪切上盒施加切向的冲击力，即对试样进行剪切冲击加载；

静态剪切加载单元，设置于剪切上盒的关于剪切下盒对称的两侧的其中一侧，用于从剪切下盒一侧对试样施加静态剪切荷载；

动态法向加载单元，设置于剪切上盒远离剪切下盒的一端，用于对试样进行法向动态加载；

法向压力伺服加载单元，设置于剪切下盒远离剪切上盒的一端，用于对试样进行法向压力加载，其包括有法向加载伺服控制系统；

数据监测和采集单元，包括计算机以及与计算机连接的法向压力传感器、法向位移传感器、切向压力传感器、切向位移传感器和信号控制器。

进一步的，所述动态剪切加载单元包括切向发射腔，切向发射腔靠近剪切上盒的一端滑动设置有切向磁铁，另一端安装有切向磁力发生器。