本發(fā)明涉及巖石力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域巖石室內(nèi)直剪試驗技術(shù)，尤其是一種結(jié)構(gòu)面室內(nèi)剪切試驗的試件固定裝置。

背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì)，是影響工程巖體穩(wěn)定性的重要因素之一，通常采用室內(nèi)平推剪切試驗確定。將現(xiàn)場鑿取的試樣加工成與剪切盒尺寸匹配的試件，澆筑于剪切盒中，在試件上部施加法向荷載，固定上剪切盒水平位移，在下剪切盒上施加剪切荷載，使試樣沿中間預(yù)留的剪切縫發(fā)生破壞，并以此來評估其剪切強度。根據(jù)相關(guān)國家規(guī)范，在取樣、制樣和試驗時，應(yīng)當(dāng)保持結(jié)構(gòu)面原有的物理狀態(tài)，法向荷載和切向荷載應(yīng)當(dāng)通過預(yù)定剪切面幾何中心。在目前的剪切試驗中，剪切盒一般都具有固定的形狀和尺寸，現(xiàn)場取樣材料大都需要進(jìn)行室內(nèi)二次加工或澆筑固定，在切割震動、刀盤冷卻水浸泡或澆筑擾動等影響下，結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì)往往會發(fā)生一定的改變，這給試件的制備帶來了極大的挑戰(zhàn)；若試件尺寸與剪切盒內(nèi)徑嚴(yán)格一致，在法向加載過程中，由于試件的側(cè)向膨脹變形，會引起試件和剪切盒側(cè)邊之間過大的摩阻力，使法向荷載并非完全作用在剪切面上；若試件尺寸比剪切盒內(nèi)徑過小，在切向加載過程中，很容易造成試件側(cè)向晃動，導(dǎo)致剪切面拉斷或扭斷而非剪斷，致使試驗失敗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)面剪切試驗存在的技術(shù)問題，提供一種能夠靈活適應(yīng)現(xiàn)場取樣試件、室內(nèi)自制試件形狀和尺寸的低摩阻智能剪切盒裝置，以滿足現(xiàn)場取樣后試件最小擾動、高精度測試的要求。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：一種自適應(yīng)結(jié)構(gòu)面剪切盒裝置，包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒包括上剪切盒內(nèi)盒和上剪切盒外盒，上剪切盒內(nèi)盒套設(shè)在上剪切盒外盒內(nèi)，上剪切盒內(nèi)盒設(shè)有頂蓋，所述下剪切盒包括下剪切盒內(nèi)盒和下剪切盒外盒，下剪切盒內(nèi)盒套設(shè)在下剪切盒外盒內(nèi)，下剪切盒內(nèi)盒設(shè)有底蓋；上剪切盒外盒內(nèi)側(cè)壁設(shè)有上弧形滑槽一，上剪切盒內(nèi)盒外側(cè)壁與上弧形滑槽一相對應(yīng)位置設(shè)有上弧形滑槽二，下剪切盒外盒內(nèi)側(cè)壁設(shè)有下弧形滑槽一，下剪切盒內(nèi)盒外側(cè)壁與下弧形滑槽一相對應(yīng)位置設(shè)有下弧形滑槽二，上弧形滑槽一與上弧形滑槽二之間以及下弧形滑槽一與下弧形滑槽二之間均設(shè)有直列式球形滾珠排，下剪切盒外盒頂面設(shè)有矩形滑槽一，上剪切盒外盒底面與矩形滑槽一相對應(yīng)位置設(shè)有矩形滑槽二，矩形滑槽一與矩形滑槽二之間設(shè)有直列式圓柱滾珠排；上剪切盒內(nèi)盒側(cè)壁和頂蓋設(shè)有第一試件固定栓孔，下剪切盒內(nèi)盒側(cè)壁和底蓋設(shè)有第二試件固定栓孔，上剪切盒外盒側(cè)壁設(shè)有第三試件固定栓孔，上剪切盒外盒側(cè)壁第三試件固定栓孔和上剪切盒內(nèi)盒側(cè)壁第一試件固定栓孔孔位置相對應(yīng)，第一試件固定栓孔和第二試件固定栓孔設(shè)有試件固定螺栓，第三試件固定栓孔設(shè)有固定插銷。本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述直列式球形滾珠排長度與上剪切盒外盒和下剪切盒外盒壁面高度一致。本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述上剪切盒內(nèi)盒外側(cè)壁和上剪切盒外盒內(nèi)側(cè)壁間距以及下剪切盒內(nèi)盒外側(cè)壁和下剪切盒外盒內(nèi)側(cè)壁間距均小于等于1mm。本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述上剪切盒內(nèi)盒和上剪切盒外盒底面齊平，下剪切盒內(nèi)盒和下剪切盒外盒頂面齊平。本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述上剪切盒底面和下剪切盒頂面間距等于試樣剪切厚度。本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述第一試件固定栓孔和第二試件固定栓孔均包括小孔段和大孔段，小孔段靠剪切盒內(nèi)側(cè)，大孔段靠剪切盒外側(cè)，小孔段和大孔段長度相等并同軸心，小孔段設(shè)有螺紋；所述第三試件固定栓孔孔徑與第一試件固定栓孔大孔段孔徑相同。有益效果：(1)本發(fā)明的剪切盒內(nèi)盒采用高剛度螺栓三維固定規(guī)則或不規(guī)則試樣，因此對于擾動敏感的結(jié)構(gòu)面形狀不規(guī)則試樣或試件加工尺寸稍小的試樣，可有效固定并進(jìn)行剪切試驗，避免了試驗加載時試件擾動的現(xiàn)象，在施加法向荷載時，上剪切盒內(nèi)、外盒采用滑動滾珠接觸，避免了盒體承擔(dān)法向荷載的現(xiàn)象，在切向直剪時，上、下剪切盒外盒采用圓柱滑體滾珠接觸，減小了接觸面摩阻力，固定了結(jié)構(gòu)面剪切厚度，確保試件沿預(yù)定截面剪切破壞；(2)本發(fā)明的巖石室內(nèi)直剪試驗的剪切盒裝置改變了傳統(tǒng)剪切試件的固定方式，解決了試件室內(nèi)加工、澆筑固定引起的擾動影響問題，直列式滾珠排的設(shè)置實現(xiàn)了減小法向、切向摩阻力及固定剪切面，避免了試樣發(fā)生拉斷、扭斷而非剪斷裂的現(xiàn)象，且對于規(guī)則形狀的結(jié)構(gòu)面試件同樣適用；(3)本發(fā)明剪切盒裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適用性廣。附圖說明圖1為本發(fā)明剪切盒裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明上剪切盒內(nèi)盒結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明上剪切盒外盒結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明下剪切盒內(nèi)盒結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明下剪切盒外盒結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明直列式球形直列式滾珠排結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明直列式圓柱滾珠排結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明固定插銷結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明試件固定螺栓結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1-上剪切盒內(nèi)盒；2-上剪切盒外盒；3-下剪切盒內(nèi)盒；4-下剪切盒外盒；5-第一試件固定栓孔；6-上弧形滑槽二；7-上弧形滑槽一；8-第三試件固定栓孔；9-矩形滑槽二，10-下弧形滑槽二；11-第二試件固定栓孔；12-下弧形滑槽一；13-矩形滑槽一；14-直列式球形滾珠排；15-直列式圓柱滾珠排；16-固定插銷；17-試件固定螺栓。具體實施方式：下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。如圖1至9所示，本發(fā)明的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)面剪切盒裝置包括上剪切盒和下剪切盒，上剪切盒包括上剪切盒內(nèi)盒1和上剪切盒外盒2，上剪切盒內(nèi)盒1套設(shè)在上剪切盒外盒2內(nèi)，上剪切盒內(nèi)盒1設(shè)有頂蓋，下剪切盒包括下剪切盒內(nèi)盒3和下剪切盒外盒4，下剪切盒內(nèi)盒3套設(shè)在下剪切盒外盒4內(nèi)，下剪切盒內(nèi)盒3設(shè)有底蓋。上剪切盒內(nèi)盒1和上剪切盒外盒2底面齊平，下剪切盒內(nèi)盒3和下剪切盒外盒4頂面齊平。上剪切盒內(nèi)盒1外側(cè)壁和上剪切盒外盒2內(nèi)側(cè)壁間距以及下剪切盒內(nèi)盒3外側(cè)壁和下剪切盒外盒4內(nèi)側(cè)壁間距均小于等于1mm。上剪切盒外盒2四個內(nèi)側(cè)壁各設(shè)有兩道上弧形滑槽一7，上剪切盒內(nèi)盒1四個1外側(cè)壁與上弧形滑槽一7相對應(yīng)位置各設(shè)有兩道上弧形滑槽二6，下剪切盒外盒4四個內(nèi)側(cè)壁各設(shè)有兩條下弧形滑槽一12，下剪切盒內(nèi)盒3四個外側(cè)壁與下弧形滑槽一12相對應(yīng)位置各設(shè)有兩條下弧形滑槽二10，上弧形滑槽一7與上弧形滑槽二6之間以及下弧形滑槽一12與下弧形滑槽二10之間均設(shè)有直列式球形滾珠排14。直列式球形滾珠排14長度與上剪切盒外盒2和下剪切盒外盒4壁面高度一致。通過直列式球形滾珠排14分別實現(xiàn)上剪切盒內(nèi)盒1與上剪切盒外盒2，以及下剪切盒內(nèi)盒3和下剪切盒外盒4沿垂直方向相對移動。下剪切盒外盒4頂面設(shè)有兩條矩形滑槽一13，上剪切盒外盒2底面與矩形滑槽一13相對應(yīng)位置設(shè)有兩條矩形滑槽二9，矩形滑槽一13與矩形滑槽二9之間設(shè)有直列式圓柱滾珠排15，直列式球形滾珠排14長度與上剪切盒外盒2和下剪切盒外盒4壁面寬度一致。通過直列式圓柱滾珠排15實現(xiàn)上剪切盒外盒2與下剪切盒外盒4沿水平方向相對移動，通過調(diào)整直列式圓柱滾珠排15滾珠直徑，使得上剪切盒底面和下剪切盒頂面間距等于試樣剪切厚度。上剪切盒內(nèi)盒1四個側(cè)壁和頂蓋各設(shè)有三排三列共九個第一試件固定栓孔5，下剪切盒內(nèi)盒3四個側(cè)壁和底蓋各設(shè)有三排三列共九個第二試件固定栓孔11，上剪切盒外盒2四個側(cè)壁各設(shè)有三排三列共九個第三試件固定栓孔8，并且上剪切盒外盒2側(cè)壁第三試件固定栓孔8和上剪切盒內(nèi)盒1側(cè)壁第一試件固定栓孔5孔位置相對應(yīng)，第一試件固定栓孔5和第二試件固定栓孔11設(shè)有試件固定螺栓17，第三試件固定栓孔8設(shè)有固定插銷16。第一試件固定栓孔5和第二試件固定栓孔11均包括小孔段和大孔段，小孔段靠剪切盒內(nèi)側(cè)，大孔段靠剪切盒外側(cè)，小孔和大孔長度相等并同軸心，小孔段設(shè)有螺紋；第三試件固定栓孔8孔徑與第一試件固定栓孔5大孔段孔徑相同。第一試件固定栓孔5、第二試件固定栓孔11和第三試件固定栓孔8數(shù)量可根據(jù)試件的材質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，若試件材質(zhì)較軟可加密栓孔的密度，以減小螺栓固定造成的應(yīng)力集中效應(yīng)。本實施例中，上剪切盒、下剪切盒、直列式球形滾珠排14、直列式圓柱滾珠排15、試件固定螺栓17和固定插銷16均采用高強度、高剛度材料制作。本發(fā)明的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)面剪切盒裝置工作原理如下：試驗時，將試件放置在下剪切盒內(nèi)盒3中，選用長度適宜的試件固定螺栓17從下剪切盒內(nèi)盒3底蓋的第二試件固定栓孔11穿入調(diào)整試件剪切面位置，使試件軟弱結(jié)構(gòu)面下端平面與下剪切盒內(nèi)盒4頂面齊平，然后選用長度適宜的試件固定螺栓17從下剪切盒內(nèi)盒4側(cè)壁和底蓋的第二試件固定栓孔11調(diào)節(jié)試件的平面位置并固定，依次旋緊下剪切盒內(nèi)盒4側(cè)壁和底蓋的試件固定螺栓17，將固定有試件的下剪切盒內(nèi)盒4放置于下剪切盒外盒3中；將固定插銷16伸入上剪切盒內(nèi)盒1側(cè)壁第一試件固定栓孔5，固定上剪切盒內(nèi)盒1和上剪切盒外盒2的相對位置，將上剪切盒放置在下剪切盒上；選用長度合適的試件固定螺栓17按先側(cè)面后頂面順序固定試樣上部，逐一用試件固定螺栓17替換固定插銷16并旋緊；然后將安裝好試件的剪切盒放置在試驗機框架內(nèi)，在下剪切盒外盒4與試驗機框架之間設(shè)置有滾珠排，以減小剪切過程中剪切盒和試驗機框架間的摩阻力，試驗機通過法向壓力板對上剪切盒內(nèi)盒1頂蓋板施加法向荷載，通過反力支座使上剪切盒保持不動，通過設(shè)置在下剪切盒上的推/拉軸按預(yù)定方案施加剪切荷載，帶動下剪切盒相對上剪切盒產(chǎn)生剪切位移，并同時記錄法向和切向位移，直至試樣發(fā)生剪切破壞；整理剪切應(yīng)力與剪切位移、剪切應(yīng)力與法向位移的關(guān)系曲線，確定試件的剪切強度及各階段的抗剪力學(xué)特征。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。