[发明专利]现场岩体拉剪试验系统及方法

摘要

本发明涉及一种现场岩体拉剪试验系统，它包括拉应力施加单元和剪应力施加单元，其中，拉应力施加单元包括左条形垫块、左拉应力施加千斤顶、左垫板、左传力柱、左混凝土后座、右条形垫块、右拉应力施加千斤顶、右垫板、右传力柱、右混凝土后座，剪应力施加单元包括前侧剪应力施加千斤顶、前侧垫板、前侧传力柱、前侧混凝土后座、断面为矩形的条形垫块和断面为梯形的条形垫块。本发明针对现场不同尺度岩体开展拉剪试验，获得不同尺度岩体在拉剪应力区的强度准则和强度特征参数，为拉应力区岩体强度特性研究提供有效手段和技术支持。

主权项

1.一种利用现场岩体拉剪试验系统的现场岩体拉剪试验方法，现场岩体拉剪试验系统包括拉应力施加单元和剪应力施加单元，其中，拉应力施加单元包括左条形垫块(2)、左拉应力施加千斤顶(3)、左垫板(4)、左传力柱(5)、左混凝土后座(6)、右条形垫块(2.1)、右拉应力施加千斤顶(3.1)、右垫板(4.1)、右传力柱(5.1)、右混凝土后座(6.1)，所述左拉应力施加千斤顶(3)的缸体通过左垫板(4)与左传力柱(5)的一端连接，左传力柱(5)的另一端通过另一个左垫板(4)与左混凝土后座(6)的一端连接，左混凝土后座(6)的另一端与基岩(7)固定连接，左拉应力施加千斤顶(3)的活塞杆与左条形垫块(2)的底座连接，左条形垫块(2)的顶面能与试样(1)的左侧拉应力荷载加载面接触；所述右拉应力施加千斤顶(3.1)的缸体通过右垫板(4.1)与右传力柱(5.1)的一端连接，右传力柱(5.1)的另一端通过另一个右垫板(4.1)与右混凝土后座(6.1)的一端连接，右混凝土后座(6.1)的另一端与基岩(7)固定连接，右拉应力施加千斤顶(3.1)的活塞杆与右条形垫块(2.1)的底座连接，右条形垫块(2.1)的顶面能与试样(1)的右侧拉应力荷载加载面接触；所述剪应力施加单元包括前侧剪应力施加千斤顶(3.2)、前侧垫板(4.2)、前侧传力柱(5.2)、前侧混凝土后座(6.2)、断面为矩形的条形垫块(8)和断面为梯形的条形垫块(9)，其中，前侧剪应力施加千斤顶(3.2)的缸体通过前侧垫板(4.2)与前侧传力柱(5.2)的一端连接，前侧传力柱(5.2)的另一端通过另一个前侧垫板(4.2)与前侧混凝土后座(6.2)的一端连接，前侧混凝土后座(6.2)的另一端与基岩(7)固定连接，前侧剪应力施加千斤顶(3.2)的活塞杆与断面为梯形的条形垫块(9)的下底面连接，断面为梯形的条形垫块(9)的上底面连接断面为矩形的条形垫块(8)的一端，断面为矩形的条形垫块(8)的另一端能与试样(1)的剪切荷载加载面接触；其特征在于，现场岩体拉剪试验方法，包括如下步骤：步骤1：制备试样(1)；步骤2：在试样(1)的左侧拉应力荷载加载面和右侧拉应力荷载加载面安装所述拉应力施加单元，并使左条形垫块(2)与试样(1)左侧拉应力荷载加载面的接触线位于试样(1)预设剪切面(10)内，同时使右条形垫块(2.1)与试样(1)右侧拉应力荷载加载面的接触线位于所述试样(1)预设剪切面(10)内，而且保证左拉应力施加千斤顶(3)和右拉应力施加千斤顶(3.1)的活塞杆的中心线也与所述预设剪切面(10)重合；步骤3：在试样(1)的剪切荷载加载面安装所述剪应力施加单元，并使前侧剪应力施加千斤顶(3.2)的活塞杆的中心线与试样(1)预设剪切面(10)平行；步骤4：在试样(1)左右两侧的前部和后部分别布置1个变形测点，每个变形测点安装法向位移测表和剪切位移测表，并记录法向位移测表和剪切位移测表的初始读数；步骤5：控制所述拉应力施加单元对试样(1)施加试验预设的拉应力σt，按如下公式(1)计算试验预设的拉应力σt对应的荷载P：其中，σt为试验预设的拉应力，P为施加在试样(1)左侧面和右侧面上的劈裂荷载，A为预设剪切面(10)的面积；分级将劈裂荷载逐步加载至P，劈裂荷载施加过程中，测读并记录试样(1)的法向位移；上述劈裂荷载的分级施加采用时间控制，第一级劈裂荷载加载后立即测读试样(1)的法向位移，预设时间后再测读一次试样(1)的法向位移，然后即可施加下一级劈裂载荷，直到加至预定劈裂荷载P后仍按每隔上述预设时间测读一次，直到相邻两次试样(1)法向位移之差不大于预设值时可开始施加剪切载荷；步骤6：待施加法向荷载导致的法向变形稳定后，逐级增加前侧剪应力施加千斤顶(3.2)的出力，每级增加预估极限剪切荷载的1/10，每级剪切荷载施加前后，对试样(1)的法向位移测表和剪切位移测表进行测读，当剪切位移增量超过前一级剪切位移增量的1.5倍时，减半施加剪切荷载；步骤7：依据上述法向位移测表和剪切位移测表测读数据、拉应力值和剪应力值绘制试样(1)的法向位移与拉应力关系曲线、剪切位移与剪应力关系曲线、法向位移与剪应力关系曲线。