[发明专利]一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置及方法

权利要求书

1.一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置，其特征在于：包括上半剪切盒、下半剪切盒、拉压两用传力件、反力杆件、反力垫块、法向变形测量组件和剪切变形测量组件；所述拉压两用传力件的数量为三个，分别记为第一拉压两用传力件、第二拉压两用传力件及第三拉压两用传力件；所述反力杆件的数量为两个，分别记为第一反力杆件和第二反力杆件；所述反力垫块的数量为一个；在所述上半剪切盒的下表面中部开设有上试样安装槽，在上半剪切盒的上表面中部设置有第一转接凸块，在上半剪切盒的左侧外端面设置有第二转接凸块，在上半剪切盒的后侧外端面设置有第三转接凸块；在所述下半剪切盒的上表面中部开设有下试样安装槽，在下半剪切盒的前侧外端面设置有第四转接凸块，在下半剪切盒的右侧外端面设置有第五转接凸块；所述第一拉压两用传力件固连在上半剪切盒的第一转接凸块与试验机顶端作动器活塞杆之间；所述第二拉压两用传力件固连在上半剪切盒的第二转接凸块与试验机左端作动器活塞杆之间；所述第三拉压两用传力件固连在上半剪切盒的第三转接凸块与试验机后端作动器活塞杆之间；所述第一反力杆件固连在下半剪切盒的第四转接凸块与试验机前端作动器活塞杆之间；所述第二反力杆件固连在下半剪切盒的第五转接凸块与试验机右端作动器活塞杆之间；所述反力垫块固连在下半剪切盒与试验机底端作动器活塞杆之间；所述法向变形测量组件连接在上半剪切盒与下半剪切盒之间且竖直方向布置；所述剪切变形测量组件连接在上半剪切盒与下半剪切盒之间且水平方向布置。

2.根据权利要求1所述的一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置，其特征在于：所述拉压两用传力件包括转接箱体和转接传力杆，转接传力杆一端通过转接箱体的开口位于转接箱体内部，转接传力杆另一端位于转接箱体外部，且位于转接箱体内部的转接传力杆端部采用T型头结构，在转接传力杆的T型头结构表面布设有减摩滚排，在转接传力杆与转接箱体开口之间留有安全间隙，转接传力杆的T型头结构在转接箱体内部具有平动自由度；所述转接传力杆与作动器活塞杆进行固连配合，所述转接箱体与上半剪切盒进行固连配合。

3.根据权利要求2所述的一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置，其特征在于：所述法向变形测量组件包括法向LVDT位移传感器、法向传感器安装座、法向锁扣转接件、法向直线轴承、法向导向杆、法向减摩滚珠、法向基准块及法向基准块安装座；所述法向传感器安装座固连在上半剪切盒上，所述法向LVDT位移传感器竖直固装法向传感器安装座上，且法向LVDT位移传感器的铁芯朝下设置；所述法向基准块安装座固连在下半剪切盒上，所述法向基准块竖直固装在法向基准块安装座上，且法向基准块位于法向LVDT位移传感器的铁芯正下方；所述法向导向杆上端与法向LVDT位移传感器的铁芯同轴固连在一起，所述法向减摩滚珠设置在法向导向杆下端，法向导向杆通过法向减摩滚珠与法向基准块上表面滑动接触配合；所述法向直线轴承套装在法向导向杆上，法向直线轴承顶端通过法向锁扣转接件与法向LVDT位移传感器的线圈相固连，所述法向导向杆与法向LVDT位移传感器的铁芯同步随动且与法向直线轴承滑动接触配合。

4.根据权利要求3所述的一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置，其特征在于：所述剪切变形测量组件包括侧向LVDT位移传感器、侧向传感器安装座、侧向锁扣转接件、侧向直线轴承、侧向导向杆、侧向减摩滚珠及侧向基准块；所述侧向传感器安装座固连在上半剪切盒上，所述侧向LVDT位移传感器水平固装在侧向传感器安装座上；所述侧向基准块固连在下半剪切盒上；所述侧向导向杆一端与侧向LVDT位移传感器的铁芯同轴固连在一起，所述侧向减摩滚珠设置在侧向导向杆另一端，侧向导向杆通过侧向减摩滚珠与侧向基准块侧立面滑动接触配合；所述侧向直线轴承套装在侧向导向杆上，侧向直线轴承一端通过侧向锁扣转接件与侧向LVDT位移传感器的线圈相固连，所述侧向导向杆与侧向LVDT位移传感器的铁芯同步随动且与侧向直线轴承滑动接触配合。

5.一种硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验方法，采用了权利要求4所述的硬岩结构面力学性能研究用三维直剪试验装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：先将反力垫块固定连接到三刚型真三轴压缩试验机的底端作动器活塞杆上，再将下半剪切盒固定连接到反力垫块上，然后将第一反力杆件固定连接到三刚型真三轴压缩试验机的前端作动器活塞杆与下半剪切盒之间，同时将第二反力杆件固定连接到三刚型真三轴压缩试验机的右端作动器活塞杆与下半剪切盒之间；

步骤二：在下半剪切盒的下试样安装槽内表面涂抹耐油硅胶，同时在备用的上半剪切盒的上试样安装槽内表面也涂抹上耐油硅胶；

步骤三：将事先准备好的岩石试样缓慢放入下半剪切盒的下试样安装槽内，保证下试样安装槽内的耐油硅胶被均匀挤出，使岩石试样与下试样安装槽之间的缝隙完全被耐油硅胶填满；

步骤四：将涂抹了耐油硅胶的上半剪切盒扣到下半剪切盒上，使岩石试样准确进入上半剪切盒的上试样安装槽中，保证上试样安装槽内的耐油硅胶被均匀挤出，使岩石试样与上试样安装槽之间的缝隙完全被耐油硅胶填满；

步骤五：将第一拉压两用传力件固定连接到三刚型真三轴压缩试验机的顶端作动器活塞杆与上半剪切盒之间，将第二拉压两用传力件固定连接到三刚型真三轴压缩试验机的左端作动器活塞杆与上半剪切盒之间，将第三拉压两用传力件固定连接到三刚型真三轴压缩试验机的后端作动器活塞杆与上半剪切盒之间；

步骤六：分别将法向变形测量组件和剪切变形测量组件安装到上半剪切盒与下半剪切盒之间的指定位置处，然后将法向LVDT位移传感器和侧向LVDT位移传感器通过数据传输线与数据采集器以及主控计算机进行电连接，最后微调法向LVDT位移传感器和侧向LVDT位移传感器的位置使其处量程范围内；

步骤七：通过三刚型真三轴压缩试验机对岩石试样施加法向拉/压应力；

步骤八：通过三刚型真三轴压缩试验机对岩石试样施加剪切力。