專利名稱：多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及大型巖體結構面直剪試驗儀，適用于尺寸為IOcm IOOcm的巖體結構面抗剪強度測定。
背景技術：
目前國內外巖體結構面抗剪強度的確定方法主要有直剪試驗法、室內模型試驗法 和經(jīng)驗估算方法等。通過直剪試驗，結合工程地質勘測資料綜合求取結構面抗剪強度的方 法為國內巖體力學工作者所常用。但巖體結構面抗剪強度存在尺寸效應，即隨著結構面 尺寸的增大，其抗剪強度存在減少的趨勢。為了得到穩(wěn)定的巖體結構面抗剪強度，需要對 不同尺寸的巖體結構面試樣進行抗剪強度直剪試驗。但目前國內巖體結構面直剪試驗所 采用的中小型儀器測定巖體結構面抗剪強度的試樣尺寸一般小于50cmX50cm，通常采用 30cmX 30cm及IOcmXlOcm的小尺寸試樣，而且所采用的直剪儀只能用于單一的試樣尺寸， 因此采用現(xiàn)有的巖體結構面抗剪強度直剪試驗儀不能解決巖體結構面抗剪強度尺寸效應 的問題，也就不能得到穩(wěn)定的抗剪強度力學參數(shù)。由于現(xiàn)有的直剪儀不能得到穩(wěn)定的抗剪強度力學參數(shù)，工程中為了克服現(xiàn)有儀器 的不足，就把得到的抗剪強度力學參數(shù)人為地折減后(通常采用70%的折減系數(shù))運用到 具體的工程巖體中，這種處理方法會有二種結果(1)如果單一的直剪試驗結果折減后得 到的抗剪強度力學參數(shù)比穩(wěn)定的抗剪強度力學參數(shù)大，把折減后得到的抗剪強度力學參數(shù) 應用到工程中會造成計算的安全系數(shù)高于真實的工程巖體安全系數(shù)，從而導致工程事故的 發(fā)生。(2)如果單一的直剪試驗結果折減后得到的抗剪強度力學參數(shù)比穩(wěn)定的抗剪強度力 學參數(shù)小，把折減后得到的抗剪強度力學參數(shù)應用到工程中會造成計算的安全系數(shù)低于實 際工程巖體的安全系數(shù)，但為了達到規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)，就需要對巖體工程進行治理，從 而導致工程費用增加及周期變長，造成人財物的浪費。而采用大型巖體結構面直剪試驗儀 的多尺度轉換系統(tǒng)，可得到不同尺度的巖體結構面抗剪強度力學參數(shù)，從而通過尺寸效應 分析可得到穩(wěn)定的巖體結構面抗剪強度力學參數(shù)，所得試驗結果無需折減就可直接應用到 具體的工程中，故得到的工程巖體安全系數(shù)真實可靠，具有準確性高、便于運用的優(yōu)點，為 合理評價工程巖體的穩(wěn)定性起到了關鍵作用。
發(fā)明內容本實用新型的目的是解決現(xiàn)有直剪試驗儀器只能測定單一試樣的巖體結構面抗 剪強度的缺點，本實用新型提供一種多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀(或稱為直剪儀)， 利用該設備可進行不同尺度的結構面抗剪強度直剪試驗，進而得到結構面抗剪強度尺寸效 應的變化規(guī)律和穩(wěn)定閾值。為了解決上述技術問題提出的技術方案為一種多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，包括鋼結構框架、豎向加載系統(tǒng)、剪切加 載系統(tǒng)、豎向位移傳感器、剪切向位移傳感器和試樣，所述豎向加載系統(tǒng)伸入所述鋼結構框架的頂面，所述豎向加載系統(tǒng)位于所述試樣的上方，所述剪切加載系統(tǒng)伸入所述鋼結構框架的側面，所述剪切加載系統(tǒng)位于所述試樣的側邊，所述試樣包括上部試樣和下部試樣，所 述上部試樣放在所述下部試樣上，所述直剪試驗儀還包括η塊底墊板和η塊側墊板，其中， η為自然數(shù)，且1 SnS 9，η塊底墊板依照面積大小從上到下依次疊加形成底墊板組件，所 述底墊板組件的上部的面積等于大型巖體結構面直剪試驗儀的下部試樣底面的面積，所述 底墊板組件的上部與所述下部試樣底面受力接觸，底墊板組件的下部與所述鋼結構框架受 力接觸，各塊底墊板和上部試樣、下部試樣的形心位于同一豎直直線上；側墊板位于下部試樣的側面，在所述相鄰底墊板之間的臺階、最下部分的底墊板 與所述框架之間的臺階上放置所述側墊板，所述側墊板的寬度與所述臺階的寬度相同，各 個側墊板的頂面位于同一平面上，且所述同一平面比上部試樣和下部試樣之間的結構面 低；距離下部試樣側面最遠的側墊板與所述鋼結構框架受力接觸。進一步，所述底墊板的高度和側墊板的寬度相等。再進一步，所述距離下部試樣最遠的側墊板與所述鋼結構框架之間設有傳力板。本實用新型是大型巖體結構面直剪試驗儀，如附圖1所示，該系統(tǒng)除了包括鋼結 構框架(外部長度χ高度χ寬度尺寸為2.90mX2.90mXlm，內部靜空間長度X高度X 寬度尺寸為1. 70mX 1. 70mX lm)、豎向加載油缸(量程為375mm，油液最高壓力26. 5MPa)、剪 切向加載油缸(量程為375mm，油液最高壓力26. 5MPa)、豎向位移傳感器(量程為15mm，精 度為l/1000mm)、剪切向位移傳感器(量程為1000mm，精度為l/1000mm)、壓力傳感器(最大 加載力為1000KN，精度為l/100kN)、液壓油源、電器控制箱、數(shù)據(jù)采集儀、測控軟件及計算 機等常規(guī)部件之外，針對性地開發(fā)了能進行多尺度試樣直剪試驗的轉換系統(tǒng)(底墊板和側 墊板，附圖1中的11和12)，目的是實現(xiàn)在同一直剪儀上對不同尺度的抗剪強度試驗。常規(guī) 設備及直剪儀的試驗原理可參照相關規(guī)程、教材及著作。本發(fā)明重點是對大型巖體結構面 直剪試驗儀的多尺度轉換系統(tǒng)進行說明。大型巖體結構面直剪試驗儀的多尺度轉換系統(tǒng)的具體內容如下(a)選擇底墊板和側墊板。根據(jù)結構面抗剪強度試驗的試樣尺寸，選擇與試樣相配 套的底墊板和側墊板。下面針對不同尺寸的結構面進行詳細說明。①平面尺寸為IOcmX IOcm的結構面(試樣高度同結構面的寬度或者長度，余同) 試驗時需選擇尺寸分別IOcmX IOcmX 5cm(長度X寬度X高度，余同)、20cmX 20cmX 5cm、 30cm X 3 0 cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、 70cm X 70cm X 5cm、80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 9 塊底墊板和尺寸分另Ij 10cmX8cmX5cm(長度 X 高度 X 寬度，余同)20cmX 13cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、 40 cm X 2 3 cm X 5cm、50cmX 28cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、70cmX 38 cm X 5cm、 80cm X 43cm X 5cm、90cm X 48cm X 5cm 共 9 塊側墊板。②平面尺寸為20cmX20cm的結構面試驗時需選擇尺寸分別20cmX20cmX5cm、 30cm X 30cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 6 0 cm X 5cm、 70cm X 70cm X 5cm、80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 8 塊底墊板和尺寸分 另Ij 為 20cmX 13cmX5cm、30cmX 18cmX5cm、40cmX23cmX5cm、50cmX28cmX5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm 共 8 塊側墊板。③平面尺寸為30cmX30cm的結構面試驗時需選擇尺寸分別30cmX30cmX5cm、40 cm X 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、70cmX 70 cm X 5cm、 80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 7 塊底墊板和尺寸分別為 30cm X 18cm X 5cm、 40 cm X 2 3 cm X 5cm、50cmX 28cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、70cmX 3 8 cm X 5cm、 80cm X 43cm X 5cm、90cm X 48cm X 5cm 共 7 塊側墊板。④平面尺寸為40cmX40cm的結構面試驗時需選擇尺寸分別40cmX40cmX5cm、 50cm X 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、70cmX 70cm X 5cm、80cmX 8 0 cm X 5cm、 90cmX90cmX5cm 共 6 塊底墊板和尺寸分別為 40cmX 23cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm 共 6 塊側墊板。⑤平面尺寸為50cmX50cm的結構面試驗時需選擇尺寸分別50cmX50cmX5cm、 60cmX60cmX5cm、70cmX70cmX5cm、80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm 共 5 塊底墊板 和尺寸分別為 50cm X 28cm X 5cm、60cm X 33cm X 5cm、70cm X 38cm X 5cm、80cm X 43cm X 5cm、 90cmX48cmX5cm共5塊側墊板。⑥平面尺寸為60cmX60cm的結構面試驗時需選擇尺寸分別60c mX60cmX5cm、 70cm X 70cm X 5cm、80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 4 塊底墊板和尺寸分別為 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm 共 4 塊側墊板。⑦平面尺寸為70cmX70cm的結構面試驗時需選擇尺寸分別70cmX70cmX5cm、 80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm 共 3 塊底墊板和尺寸分別為 70cm X 38cm X 5cm、 80cm X 43cm X 5cm、90cm X 48cm X 5cm 共 3 塊側墊板。⑧平面尺寸為80cmX80cm的結構面試驗時需選擇尺寸分別80cmX80cmX5cm、 90cmX90cmX5cm 共 2 ±夬底墊板和尺寸分別為 80cm X 43cm X 5cm、90cm X 48cm X 5cm 共 2 土夬
側墊板。⑨平面尺寸為90cmX90cm的結構面試驗時需選擇尺寸90cmX90cmX5cm共1塊 底墊板和尺寸為90cmX48cmX5cm共1塊側墊板。⑩平面尺寸為IOOcmX IOOcm的結構面試驗時無需選用底和側墊板。(b)安裝底墊板。把選好的試樣底墊板按照不同墊板的尺寸根據(jù)先大后小的原則 進行安裝，安裝過程中要保證底墊板的形心是在同一條豎直直線上。下面針對不同尺寸的 結構面進行詳細說明。①平面尺寸為IOcmX IOcm的結構面需要在鋼框架外部橫向平臺上由大到小的順 序(大的底墊板在下，小的底墊板在上，余同)安裝90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、 70cm X 70cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、 30cmX 30cmX 5cm、20cmX 20cmX 5cm、IOcmX IOcmX 5cm 共 9 塊底墊板,要求所有底墊板的
形心是在同一豎直直線上。②平面尺寸為20CmX20Cm的結構面需要在鋼框架外部橫向平臺上由大到小 的順序安裝 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX 50cmX 5cm、40cmX40cmX 5cm、30cmX 30cmX 5cm、20cmX 20cmX 5cm 共 8 塊底墊板，
要求所有底墊板的形心是在同一豎直直線上。③平面尺寸為30CmX30Cm的結構面需要在鋼框架外部橫向平臺上由大到小 的順序安裝 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX 50cmX 5cm、40cmX40cmX 5cm、30cmX 30cmX 5cm 共 7 塊底墊板，要求所有底墊板的形心是在同一豎直直線上。④平面尺寸為40CmX40Cm的結構面需要在鋼框架外部橫向平臺上由大到小的順序安裝 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX 50cmX 5cm,40cmX 40cmX 5cm共6塊底墊板，要求所有底墊板的形心是在同一豎直
直線上。⑤平面尺寸為50CmX50Cm的結構面需要在鋼框架外部橫向平臺上由大到小 的順序安裝 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50CmX50CmX5Cm共5塊底墊板，要求所有底墊板的形心是在同一豎直直線上。⑥平面尺寸為60CmX60Cm的結構面需要在鋼框架外部橫向平臺上由大到小的順 序安裝 90cmX 90cmX 5cm、80cmX80cmX 5cm、70cmX 70cmX 5cm、60cmX 60cmX 5cm 共 4 塊底 墊板，要求所有底墊板的形心是在同一豎直直線上。⑦平面尺寸為70CmX70Cm的結構面需要在鋼框架外部橫向平臺上由大到小的順 序安裝 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm 共 3 塊底墊板,要求所有底
墊板的形心是在同一豎直直線上。⑧平面尺寸為80CmX80Cm的結構面需要在鋼框架外部橫向平臺上由大到小的順 序安裝90cmX 90cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm共2塊底墊板，要求所有底墊板的形心是在同
一豎直直線上。⑨平面尺寸為90cmX 90cm的結構面需要在鋼框架外部橫向平臺上安裝 90cmX90cmX5cm的1塊底墊板。⑩平面尺寸為IOOcmX IOOcm的結構面無需用底墊板，直接放在外部橫向平臺。(c)安裝試樣。把用于結構面直剪試驗的試樣放在已安裝好的底墊板上，同樣在安 裝的過程中要保證試樣的形心與其下部所有已安裝好的底墊板的形心在同一豎直直線上。 下面針對不同尺寸的結構面進行詳細說明。①平面尺寸為IOcmX IOcm的結構面試樣放在尺寸為IOcmX IOcmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線上。②平面尺寸為20cmX 20cm的結構面試樣放在尺寸為20cmX 20cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線上。③平面尺寸為30cmX 30cm的結構面試樣放在尺寸為30cmX 30cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線上。④平面尺寸為40cmX40cm的結構面試樣放在尺寸為40cmX4cmX5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線上。⑤平面尺寸為50cmX 50cm的結構面試樣放在尺寸為50cmX 50cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線上。⑥平面尺寸為60cmX 60cm的結構面試樣放在尺寸為60cmX 60cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線上。⑦平面尺寸為70cmX 70cm的結構面試樣放在尺寸為70cmX 70cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線上。⑧平面尺寸為80cmX 80cm的結構面試樣放在尺寸為80cmX 80cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線上。[0043] ⑨平面尺寸為90cmX 90cm的結構面試樣放在尺寸為90cmX 90cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線上。⑩平面尺寸為IOOcmX IOOcm的結構面直接在鋼框架外部橫向平臺上即可即可。(d)移動底墊板和試樣。利用大型直剪儀的水平液壓系統(tǒng)，把已安裝好的試樣及底 墊板移到大型直剪儀的內部，在移動過程中，要保證試樣與底墊板整體移動，且移動好的試 樣形心、墊板的形心及豎向加載系統(tǒng)(豎向油缸)的中心軸在同一豎直直線上。(e)安裝側墊板。把選好的試樣側墊板按照不同墊板的尺寸根據(jù)先大后小的原則 進行安裝，安裝過程中要保證側墊板的上表面在同一條水平面上。下面針對不同尺寸的結 構面進行詳細說明。①平面尺寸為IOcmXlOcm的結構面需要在鋼框架內部空間的傳力板的左側 由大到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cm X 4 3 cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 28 cm X 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、20cmX 13cmX 5cm、IOcmX 8cmX 5cm 共 9 塊側墊板，要 求所有側墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。②平面尺寸為20cm X 20cm的結構面需要在鋼框架內部空間的傳力板的左側 由大到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cm X 2 8 cm X 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、20cmX 13cmX 5cm 共 8 ±夬側墊板，要求所有側墊板和 傳力板的上表面是在同一水平面上。③平面尺寸為30cm X 30cm的結構面需要在鋼框架內部空間的傳力板的左側 由大到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 2 8 cm X 5cm、 40cmX23cmX5cm、30cmX18cmX5cm共7塊側墊板，要求所有側墊板和傳力板的上表面是
在同一水平面上。④平面尺寸為40cm X 40cm的結構面需要在鋼框架內部空間的傳力板的左側 由大到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cm X 2 8 cm X 5cm、 40cmX23cmX5cm共6塊側墊板，要求所有側墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。⑤平面尺寸為50CmX50Cm的結構面需要在鋼框架內部空間的傳力板的左側 由大到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm 共 5 塊側墊板， 要求所有側墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。⑥平面尺寸為60CmX60Cm的結構面需要在鋼框架內部空間的傳力板的左側 由大到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm 共 4 塊側墊板，要求所有側墊板和 傳力板的上表面是在同一水平面上。⑦平面尺寸為70CmX70Cm的結構面需要在鋼框架內部空間的傳力板的左側 由大到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX43cmX 5cm,70cmX 38cmX 5cm共3塊側墊板，要求所有側墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。⑧平面尺寸為80cm X 80cm的結構面需要在鋼框架內部空間的傳力板的左側 由大到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX43cmX5cm共2塊側墊板，要求所有側墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。⑨平面尺寸為90CmX90Cm的結構面需要在鋼框架內部空間的傳力板的左側由大 到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90CmX48CmX5Cm共1塊側墊 板，要求側墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。⑩平面尺寸為IOOcmX IOOcm的結構面不需要側墊板，直接把試樣緊靠在傳力板上。(f)微調并校準。校準試樣與墊板的安裝精度，并利用液壓傳力系統(tǒng)進行局部調整(g)直剪試驗完成后，把試樣、底墊板和側墊板一起從鋼框架內部移到橫向平臺 上，然后再按照由大到小的順序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)移去側墊板。下 面針對不同尺寸的結構面進行詳細說明。①平面尺寸為IOcmXlOcm的結構面按照由大到小的順序(大的側墊板在右， 小的底墊板在左，余同)移去 90cmX48cmX5cm、80cmX43cmX5cm、70cmX38cmX5cm、 60cm X 3 3 cm X 5cm、50cmX 28cm X 5cm、40cmX 2 3 cm X 5cm、30cmX 18 cm X 5cm、 20cmX 13cmX 5cm、IOcmX 8cmX 5cm 共 9 塊側墊板。②平面尺寸為20cmX20cm的結構面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 28 cm X 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、20cmX 13cmX 5cm 共 8 塊側墊板。③平面尺寸為30cmX30cm的結構面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 28 cm X 5cm、 40cm X 23cm X 5cm、30cm X 18cm X 5cm 共 7 塊側墊板。④平面尺寸為40cmX40cm的結構面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cmX 38cm X 5cm、60cmX 3 3 cm X 5cm、50cmX 28 cm X 5cm、 40cm X 23cm X 5cm共6塊側墊板。⑤平面尺寸為50cmX50cm的結構面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm 共 5 塊側墊板。⑥平面尺寸為60cmX60cm的結構面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cm X 38cm X 5cm、60cm X 33cm X 5cm 共 4 塊側墊板。⑦平面尺寸為70cmX70cm的結構面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cm X 43cm X 5cm、70cm X 38cm X 5cm 共 3 塊側墊板。⑧平面尺寸為80cmX80cm的結構面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cm X 5cm共2塊側墊板。⑨平面尺寸為90cmX90cm的結構面移去90cmX48cmX 5cm的側墊板。⑩平面尺寸為IOOcmX IOOcm的結構面因為不需要側墊板，故無需移墊板。(h)移去試樣。把已完成結構面直剪試驗的試樣從底墊板上移去。(i)最后移去底墊板，按照由小到大的順序(大的底墊板在上，小的底墊板在下，余同)移去底墊板。下面針對不同尺寸的結構面進行詳細說明。①平面尺寸為IOcmX IOcm的結構面按照由小到大的順序移去IOcmX IOcmX 5cm, 20 cm X 20 cm X 5 cm、30 cm X 30 cm X 5 cm、40 cm X 40cmX 5 cm、50 cm X 50 cm X 5 cm、 60cmX 60cmX 5cm、70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm 共 9 塊底墊板。②平面尺寸為20cmX20cm的結構面按照由小到大的順序移去20cmX20cmX5cm、 30cm X 30cm X 5cm、40cmX 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60 cm X 5cm、 70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm 共 8 塊底墊板。③平面尺寸為30cmX30cm的結構面按照由小到大的順序移去30cmX30cmX5cm、 40 cm X 40 cm X 5cm、50cmX 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、70cmX 70 cm X 5cm、 80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm 共 7 塊底墊板。④平面尺寸為40cmX40cm的結構面按照由小到大的順序移去40cmX40cmX5cm、 50cm X 50cm X 5cm、60cmX 60cm X 5cm、70cmX 70cm X 5cm、80cmX 80 cm X 5cm、 90cm X 90cm X 5cm共6塊底墊板。⑤平面尺寸為50cmX50cm的結構面按照由小到大的順序移去50cmX50cmX5cm、 60cmX 60cmX 5cm、70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm 共 5 塊底墊板。⑥平面尺寸為60cmX60cm的結構面按照由小到大的順序移去60cmX60cmX5cm、 70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm 共 4 塊底墊板。⑦平面尺寸為70cmX70cm的結構面按照由小到大的順序移去70cmX70cmX5cm、 80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm 共 3 塊底墊板。⑧平面尺寸為80cmX80cm的結構面按照由小到大的順序移去80cmX80cmX5cm、 90cm X 90cm X 5cm 共 2 塊底墊板。。⑨平面尺寸為90cmX90cm的結構面按照由小到大的順序移去90cmX90cmX5cm
共1塊底墊板。。⑩平面尺寸為IOOcmX IOOcm的結構面因為不需要底墊板，故無需移墊板。本發(fā)明的有益效果為與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠在同一直剪試驗儀上實現(xiàn)多 尺度(IOcmX IOcm-IOOcmX 100cm)的巖體試樣的結構面直剪試驗。利用該多尺度的巖石結 構面直剪儀器的試驗結果可分析巖體結構面抗剪強度的尺寸效應，就能得到穩(wěn)定的抗剪強 度閾值，故多尺度的試驗結果不需人為折減便可直接應用到實際巖體工程中。本發(fā)明可以 廣泛應用于交通、土木、水利、礦山、工程地質等方面，具有很大的實施價值和良好的社會經(jīng) 濟效益。

圖1是大型巖體結構面直剪試驗儀及多尺度轉換系統(tǒng)截面圖，其中，1-框架；2-剪 切加載系統(tǒng)(剪切向油缸和壓力傳感器)；3-試樣校正位置的油壓千斤頂；4-豎向加載系 統(tǒng)(豎向油缸和壓力傳感器)；5-上部墊板；6-滾軸排；7下部墊板；8-測量標點；9-位移 測表；10-傳力板；11-不同尺寸的試樣底墊板；12-不同尺寸的試樣側墊板；13-巖體試樣； 14-巖體試樣的結構面(受剪面)；15-豎向油壓系統(tǒng)的對稱軸；16-橫向平臺板；17-橫向 平臺板內導槽；18-水平液壓系統(tǒng)。圖2是大型巖體結構面直剪試驗儀及多尺度轉換系統(tǒng)的俯視圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。參照圖1和圖2，一種多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，包括鋼結構框架1、豎向加載系統(tǒng)4、剪切加載系統(tǒng)2、豎向位移傳感器、剪切向位移傳感器和試樣13，所述豎向加載 系統(tǒng)4伸入所述鋼結構框架的頂面，所述豎向加載系統(tǒng)4位于所述試樣的上方，所述剪切加 載系統(tǒng)2伸入所述鋼結構框架的側面，所述剪切加載系統(tǒng)2位于所述試樣的側邊，所述試 樣12包括上部試樣和下部試樣，所述上部試樣放在所述下部試樣上，所述直剪試驗儀還包 括η塊底墊板11和η塊側墊板12，其中，η為自然數(shù)，且1彡η彡9，η塊底墊板依照面積 大小從上到下依次疊加形成底墊板組件，所述底墊板組件的上部的面積等于大型巖體結構 面直剪試驗儀的下部試樣底面的面積，所述底墊板組件的上部與所述下部試樣底面受力接 觸，底墊板組件的下部與所述鋼結構框架受力接觸，各塊底墊板和上部試樣、下部試樣的形 心位于同一豎直直線上；側墊板12位于下部試樣的側面，在所述相鄰底墊板之間的臺階、最下部分的底墊 板與所述框架之間的臺階上放置所述側墊板，所述側墊板的寬度與所述臺階的寬度相同， 各個側墊板的頂面位于同一平面上，且所述同一平面比上部試樣和下部試樣之間的結構面 低；距離下部試樣側面最遠的側墊板與所述鋼結構框架受力接觸。所述底墊板11的高度和側墊板12的寬度相等。再進一步，所述距離下部試樣最 遠的側墊板12與所述鋼結構框架1之間設有傳力板10。為了說明多尺度大型直剪儀的多尺度試樣的操作過程，本實施例以平面尺寸 50cmX50cm的試樣結構面為例對其多尺度轉換系統(tǒng)進行說明。(1)選擇底墊板和側墊板由于所采用的試樣為50CmX50Cm的結構面，因此需要選擇底墊板和側墊板 各 5 塊。5 塊底墊板的尺寸50cm X 50cm X 5cm、60cm X 60cm X 5cm、70cm X 70cm X 5cm、 80cm X 80cm X 5cm、90cm X 90cm X 5cm。5 塊側墊板的尺寸是 50cm X 28cm X 5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm。(2)安裝底墊板。平面尺寸為50CmX50Cm的結構面需要在鋼框架內部空間的底部上由大到小 的順序安裝 90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50CmX50CmX5Cm共5塊底墊板，要求底墊板的形心是在同一豎直直線上。(3)安裝試樣在最上面一塊底墊板上進行50CmX50CmX25Cm(上下盤，共2個)試樣的安裝，要 求試樣形心、底墊板的形心是在同一豎直直線上。要求結構面的上下盤完全吻合。(4)移動底墊板和試樣把安裝好的底墊板和試樣在水平液壓傳力系統(tǒng)的作用下，移到直剪儀主框架之 內，并要求和豎向的加壓系統(tǒng)的形心在同一豎直線上。(5)安裝側墊板當?shù)讐|板和試樣移到位置后，在鋼框架內部空間的傳力板的左側上由大到小的順 序(大的側墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、80cmX43cmX5cm、70cmX38cmX5cm、60cmX33cmX5cm、50cmX28cmX5cm 共 5 塊側墊板，要求所有側墊板和 傳力板的上表面是在同一水平面上。(6)底墊板、試樣及側墊板安裝完成結構面尺寸為50cmX 50cm的試樣，在進行直剪試驗時共需要5塊底墊板和5塊側
墊板。(7)對結構面進行直剪試驗直到該結構面試樣發(fā)生剪切破壞，此時結構面上下盤 (即結構面模型的上部試樣與下部試樣)已發(fā)生較大錯位。(8)把破壞后的試樣、底墊板和側墊板移出；(9)按照由大到小的順序把側墊板移去。(10)把破壞后的試樣移去。(11)按照由小到大的順序把底墊板移去。
權利要求一種多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，包括鋼結構框架、豎向加載系統(tǒng)、剪切加載系統(tǒng)、豎向位移傳感器、剪切向位移傳感器和試樣，所述豎向加載系統(tǒng)伸入所述鋼結構框架的頂面，所述豎向加載系統(tǒng)位于所述試樣的上方，所述剪切加載系統(tǒng)伸入所述鋼結構框架的側面，所述剪切加載系統(tǒng)位于所述試樣的側邊，所述試樣包括上部試樣和下部試樣，所述上部試樣放在所述下部試樣上，其特征在于所述直剪試驗儀還包括n塊底墊板和n塊側墊板，其中，n為自然數(shù)，且1≤n≤9，n塊底墊板依照面積大小從上到下依次疊加形成底墊板組件，所述底墊板組件的上部的面積等于大型巖體結構面直剪試驗儀的下部試樣底面的面積，所述底墊板組件的上部與所述下部試樣底面受力接觸，底墊板組件的下部與所述鋼結構框架受力接觸，各塊底墊板和上部試樣、下部試樣的形心位于同一豎直直線上；側墊板位于下部試樣的側面，在所述相鄰底墊板之間的臺階、最下部分的底墊板與所述框架之間的臺階上放置所述側墊板，所述側墊板的寬度與所述臺階的寬度相同，各個側墊板的頂面位于同一平面上，且所述同一平面比上部試樣和下部試樣之間的結構面低；距離下部試樣側面最遠的側墊板與所述鋼結構框架受力接觸。
2.如權利要求1所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所述底墊板 的高度和側墊板的寬度相等。
3.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所述距 離下部試樣最遠的側墊板與所述鋼結構框架之間設有傳力板。
4.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于試樣 的橫截面為IOcmX 10cm，η = 9，各個底墊板的橫截面分別為IOcmX 10cm、20cmX20cm、 30cmX 30cm、40cmX40cm、50cmX 50cm、60cmX60cm、70cmX 70cm、80cmX80cm 禾口 90cmX90cm。
5.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所述試 樣的橫截面為20cmX20cm，η = 8，各個底墊板的橫截面分別為20cmX20cm、30cmX30cm、 40cmX 40cm、50cmX 50cm、60cmX 60cm、70cmX 70cm、80cmX 80cm 禾P 90cmX 90cm。
6.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所述試 樣的橫截面為30cmX 30cm，η = 7，各個底墊板的橫截面分別為30cmX 30cm、40cmX 40cm、 50cmX 50cm、60cmX 60cm、70cmX 70cm、80cmX 80cm 禾P 90cmX 90cm。
7.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所述試 樣的橫截面為40cmX40cm，η = 6，各個底墊板的橫截面分別為40cmX40cm、50cmX50cm、 60cmX 60cm、70cmX 70cm、80cmX 80cm 禾P 90cmX 90cm。
8.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所述試 樣的橫截面為50cmX50cm，η = 5，各個底墊板的橫截面分別為50cmX50cm、60cmX60cm、 70cmX70cm、80cmX80cm 禾P 90cmX90cm。
9.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所述試 樣的橫截面為60cmX60cm，η = 4，各個底墊板的橫截面分別為60cmX60cm、70cmX70cm、 80cmX80cm 禾P 90cmX90cm。
10.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所述試 樣的橫截面為70cm X 70cm，η = 3，各個底墊板的橫截面分別為70cm X 70cm、80cm X 80cm禾口 90cmX90cm。
11.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所 述試樣的橫截面為80cmX80cm，η = 2，各個底墊板的橫截面分別為80CmX80Cm和 90cmX90cm。
12.如權利要求1或2所述的多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，其特征在于所述試 樣的橫截面為90cmX90cm，η = 1，底墊板的橫截面為90cmX90cm。
專利摘要一種多尺度大型巖體結構面直剪試驗儀，包括鋼結構框架、豎向加載系統(tǒng)、剪切加載系統(tǒng)、豎向位移傳感器、剪切向位移傳感器和試樣，還包括n塊底墊板和n塊側墊板，n塊底墊板依照面積大小從上到下依次疊加形成底墊板組件，底墊板組件的上部與下部試樣底面受力接觸，底墊板組件的下部與框架受力接觸，各塊底墊板和上部試樣、下部試樣的形心位于同一豎直直線上；在相鄰底墊板之間的臺階、最下部分的底墊板與框架之間的臺階上放置側墊板，各個側墊板的頂面位于同一平面上，且同一平面比上部試樣和下部試樣之間的結構面低；距離下部試樣側面最遠的側墊板與框架受力接觸。本實用新型能進行不同尺度的結構面抗剪強度直剪試驗。
文檔編號G01N3/24GK201555778SQ20092020170
公開日2010年8月18日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權日2009年12月1日
發(fā)明者朱連根, 杜時貴, 羅戰(zhàn)友, 賈汝達, 陳吉瑜, 黃曼 申請人:杜時貴