[发明专利]深地环境下圆柱岩心柱面直剪流变试验机

说明书

本发明属于模拟深地工程复杂赋存条件下圆柱岩心完整岩块或含结构面岩块的直接剪切试验及直接剪切流变试验领域，具体的是深地环境下圆柱岩心柱面直剪流变试验机，结构为：带有底座、试样卡座和角度调节螺杆的剪切压头和水平驱动机构。深地环境下圆柱岩心柱面直剪流变试验机实现了直接对圆柱状完整岩块及含结构面的圆柱状岩块进行剪切试验，解决了尺寸、性状等制约而不能有效进行剪切试验的难题。

技术领域

本发明属于模拟深地工程复杂赋存条件下圆柱岩心完整岩块或含结构面岩块的直接剪切试验及直接剪切流变试验领域，具体的是深地环境下圆柱岩心柱面直剪流变试验机。

背景技术

岩石的抗剪力学特性是岩体工程建设中必不可少的关键力学参数之一。对于深埋地下的深部工程岩体，其赋存环境通常是高应力与高渗压的共同作用，甚至还面临高温的耦合作用，在高应力与高渗压下，围岩的抗剪强度及变形特征对工程安全尤为重要，特别是对于具有显著流变特性的工程岩体，其在剪切荷载下的流变特性也是工程建设需首先掌握的。深地工程在前期勘查中，剪切试验所用岩心通常是在地质勘探过程中利用勘探钻孔钻取柱状岩心方式获得，岩心直径通常低于65mm，然后在室内利用切割机切割成试验所需尺寸。由于岩心尺寸小，很难保障切割成试验所需标准尺寸的试件，而且对于含有结构面的钻孔柱状岩心，沿垂直于岩心轴线方向切割后，结构面可能会贯穿岩石的圆柱面。为了解决加工标准试件困难及对结构面贯穿切割后柱状岩心圆周柱面或结构面与试件轴平面大角度相交超出45°等条件下的直接剪切试验所需试件尺寸不符合要求的难题，通常将切割后的试件拟定剪切面置于剪切模具中心，然后在试件周边浇筑混凝土使之符合剪切试验所需的尺寸要求，待混凝土固化强度达到要求后再把与混凝土浇筑成一体的试件安装到试验机上进行试验。但是，混凝土浇筑进行剪切试验面临诸多难题，比如，混凝土强度及变形特征与被测试岩石不协调、不同步，在施加法向荷载和剪切荷载的过程中混凝土会首先发生破坏，导致试验成功率低；混凝土变形量远高于岩石变形，特别是胶结界面处更易发生较大变形，导致试验测得的法向变形和切向变形不能有效反映实际；混凝土需要一定的养护龄期，通常是28天，严重影响试验效率，并且成本大大增加；浇筑混凝土后的试件总重量大大增加，搬运安装困难，需要多人协同工作，造成严重人力资源浪费；对于含结构面的试件，在浇筑和搬运过程中的扰动更容易造成结构面状态的改变或破坏，试验难以达到预期效果。此外，由于剪切过程中试件上下两部分必然发生相对移动，如何实现剪切过程中法向加载和试件上下两部分相对运动下的渗流密闭，保障深部复杂赋存下的高渗流压力环境，目前仍缺乏有效的实现技术。上述这些难题，严重制约深部复杂赋存环境下的圆柱岩心完整岩块及含结构岩块沿垂直于岩心轴面方向的剪切力学性能研究。

发明内容

本发明的目的是解决现有模拟深地复杂环境下圆柱状岩心沿垂直于岩心轴面方向的剪切力学性能有效测试难题，提供一种深地环境下圆柱岩心柱面直剪流变试验机，其操作简单易行。

本发明采用的技术方案是：深地环境下圆柱岩心柱面直剪流变试验机，包括剪切压头1，所述剪切压头1包括底座1A、试样卡座1B和角度调节螺杆1E；在底座1A的两侧均设置有耳板1C，由底座1A和两侧的耳板1C包围形成卡接区1D；所述耳板1C上沿竖向设置有延伸至底座1A的滑槽1C1；

所述试样卡座1B呈柱状，且其横截面呈三角形，围绕其轴向包括试样夹持面1B1、支撑面1B2和连接试样夹持面1B1与支撑面1B2的连接面1B3；所述试样夹持面1B1与支撑面1B2均为平面；

沿试样卡座1B轴向在试样卡座1B的前后两端均设置有滑块1B4，所述滑块1B4设置于试样卡座1B的驱动侧1B5，所述驱动侧1B5为试样夹持面1B1与支撑面1B2相交的一侧，与驱动侧1B5相对的另一侧为传力侧1B6；滑块1B4卡接于滑槽1C1内，并沿竖向与滑槽1C1滑动配合；所述试样卡座1B的支撑面1B2活动支撑于底座1A上；

所述角度调节螺杆1E沿竖向与底座1A螺纹配合连接，其工作端穿过底座1A与试样卡座1B的驱动侧1B5相配合，经角度调节螺杆1E驱动试样卡座1B的滑块1B4在滑槽1C1内移动。