[发明专利]一种用于三刚型真三轴试验机的三维直剪盒及使用方法

说明书

一种用于三刚型真三轴试验机的三维直剪盒及使用方法，直剪盒包括上半剪切盒、下半剪切盒、前压块及后压块，四者构成互扣式结构；上半剪切盒在施加法向应力时推动前压块运动，前压块在施加侧向力时推动下半剪切盒运动，下半剪切盒在施加法向应力时推动后压块运动，后压块在施加侧向力时推动上半剪切盒运动。方法为：对直剪盒进行减摩处理；将试样放入下半剪切盒内，在下半剪切盒上连接前压块并紧贴试样，将上半剪切盒在试样上，在上半剪切盒上连接后压块，交替调整前压块和后压块位置，直到试样前后端面分别与上下半剪切盒前后端面相平齐；临时固定上下半剪切盒并形成试样组合体，将试样组合体送入试验机内预夹紧，移除临时固定后启动试验。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，特别是涉及一种用于三刚型真三轴试验机的三维直剪盒及使用方法。

背景技术

剪切变形与破坏是深部地下工程开发和利用中常遇到的破坏形式，如断层滑移。而开展岩石的剪切力学特性研究，既有助于正确认识深部岩体的剪切破坏机制，又对评价地下工程稳定性、指导地下工程设计有着非常重要的意义。

地壳中岩石处于三向主应力不等的应力状态，只有在三维应力空间内模拟岩体结构面失效，才能获得最接近真实地应力环境下的岩体结构面剪切力学特性。对于岩石剪切试验，已经通过二维直剪仪器进行了大量的研究，也获得很好的成果。

但是，目前的直剪装置主要考虑在二维平面内施加不同的法向力和剪切力，均没有考虑到垂直于法向应力和水平剪切力所在平面的侧向应力对剪切变形、粘滑和过程的影响。此外，目前的真三轴试验机主要分为两种形式，分为三刚型(三个主应力方向均采用弹性模量远大于岩石的刚性承压板对岩石进行加载)和两刚一柔型(两个方向为刚性承压板加载，另外一个方向用柔性材料或液体对岩石进行加载)，对于两刚一柔型真三轴试验机来说，试样密封工序复杂且耗时较长，施加三向应力时首先需要同步加载至静水应力水平，而且单独卸载小主应力时操作较复杂，并且油压加载面的力不能大于刚性加载面所施加的力，这种情况下进行真三轴剪切试验时，侧向应力的值不能够超过法向应力的值，导致试验具有局限性。

考虑到采用两刚一柔型真三轴试验机进行真三轴剪切试验存在的不足，设计一种能够满足三刚型真三轴试验机进行真三轴剪切试验的三维直剪盒十分必要，以模拟岩体在三维应力条件下的剪切失效行为。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于三刚型真三轴试验机的三维直剪盒及使用方法，能够满足三刚型真三轴试验机进行真三轴剪切试验，在配合三刚真三轴试验机时，可以同时将法向应力、剪切力和侧向应力作用在岩体试样上；本发明的三维直剪盒不仅能实现三维应力条件下的岩石直接剪切试验，还能实现传统二维应力条件下的岩石直接剪切试验；在进行岩石直接剪切试验时，可以有效避免加载过程中夹具间互相干扰的问题，同时消除了应力空白角，保证了试验结果的可靠性，并且具有装样速度快、各个方向的力卸荷操作方便、侧向应力水平不受法向应力影响的特点。