一種類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取并用于剪切測(cè)試的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取并用于剪切測(cè)試的裝置及方法。該裝置包括試件制作系統(tǒng)、試件系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)制取類巖石材料結(jié)構(gòu)面，以及含不同充填物的軟弱夾層結(jié)構(gòu)面，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)這種結(jié)構(gòu)面剪切特性的研究。
【專利說(shuō)明】
一種類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取并用于剪切測(cè)試的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及巖石結(jié)構(gòu)面及含軟弱夾層結(jié)構(gòu)面的制取和剪切，具體涉及一種類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取、剪切裝置及方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]巖石結(jié)構(gòu)面是邊坡工程、壩基工程、采礦工程中普遍存在的介質(zhì)，巖體內(nèi)部大量不連續(xù)面影響并決定巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，在次生結(jié)構(gòu)面中，軟弱夾層由于強(qiáng)度低，往往是影響并決定巖體的物理力學(xué)性質(zhì)的主要因素?？紤]到大型現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)的巨大投資，目前對(duì)于裂隙巖體研究主要借助于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)室內(nèi)剪切試驗(yàn)來(lái)獲取軟弱夾層結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)及破壞規(guī)律是一種行之有效的方法，但這往往需要大量的試件做不同條件下的剪切試驗(yàn)，而在現(xiàn)實(shí)中，很難制取足夠多的巖石結(jié)構(gòu)面供試驗(yàn)使用，通過(guò)人工制造類巖石材料結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)來(lái)了解巖石結(jié)構(gòu)面的力學(xué)及其變形特征，為各種巖體工程的設(shè)計(jì)及其建造提供重要的依據(jù)。
[0003]巖體中裂隙中往往含有黃泥、土等軟弱夾層，根據(jù)天氣變化這些夾層的含水量會(huì)發(fā)生變化，不同含水量的夾層對(duì)巖體的穩(wěn)定性有較大的影響，很多工程事故都是由于水的濕潤(rùn)作用減少結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度而導(dǎo)致的，這種影響作用如何定量的去描述是比較困難的。另外，由于裂隙的存在可以改變巖體的力學(xué)性質(zhì)與巖體破壞的方式，而注漿可增大巖體裂隙的內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力，從而改變巖體的強(qiáng)度。由于注漿可以提高地層的穩(wěn)定性，在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，注漿技術(shù)被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)面中充填注漿體的情況也隨之增加，然而，充填的注漿體對(duì)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的影響情況很難通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試定量測(cè)定，所以，研究黃泥、土、注漿體等充填物對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的影響對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工及施工效果具有一定的意義。
[0004]剪切強(qiáng)度試驗(yàn)分為非限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)和限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。非限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)在剪切面上只有剪應(yīng)力存在，沒(méi)有正應(yīng)力存在;限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)在剪切面上除了剪應(yīng)力外，還存在正應(yīng)力。較為常用的為限制性強(qiáng)度剪切試驗(yàn)，由于巖石試樣與底座之間存在摩擦，故而所測(cè)剪切強(qiáng)度為巖石試樣實(shí)際剪切強(qiáng)度與試樣和底座之間摩擦力之和， 因此有必要消除或減少試樣與底座之間的摩擦力。在剪切試驗(yàn)過(guò)程中，含充填物的結(jié)構(gòu)面里的充填物很容易隨剪切位移而從試件兩側(cè)散落，影響試驗(yàn)正常進(jìn)行，所以要有防止充填物散落的裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取、剪切裝置。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明提供一種類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取并用于剪切測(cè)試的裝置，其特征在于:包括試件制作系統(tǒng)、試件系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0008]所述的裝置，其試件制作系統(tǒng)包括兩個(gè)相同的可拆卸的矩形鋼制模具，由前模板、后模板、左模板、右模板和螺栓組成，用來(lái)制造結(jié)構(gòu)面的上、下兩盤類巖塊;具有起伏度的薄鋼板用來(lái)制造“非平面”具有粗糙度的結(jié)構(gòu)面，通過(guò)數(shù)控機(jī)床壓制而成。
[0009]所述的裝置，其試件系統(tǒng)包括上盤巖塊(11)、下盤巖塊(14)、“非平面”具有粗糙度的結(jié)構(gòu)面(I3)、充填物(25)和包裹裝置(26)，所述充填物(25)選取的材料為黃泥、土或注漿材料及其類似材料，其中黃泥的含水率為50%-65% ;其中土的粒徑分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂五個(gè)等級(jí)；其中注漿材料一般為改性脲醛樹脂，其中脲醛樹脂、草酸與添加劑比例為120: 2:3;使用大號(hào)PVC管為包裹裝置，通過(guò)加熱收縮使之貼緊試件表面，從而防止充填物在試驗(yàn)過(guò)程中散落。
[0010]所述的裝置，其加載系統(tǒng)包括法向壓力加載裝置、剪切力加載裝置、兩個(gè)7字型的加載板、輥組和反力架，所述法向壓力加載裝置包括伺服電機(jī)1(2)、減速機(jī)1(3)、第一滾珠絲杠(4)、第一滾珠絲杠缸(5)及上壓頭(9)，剪切力加載裝置包括伺服電機(jī)Π (22)、減速機(jī)Π (21)、第二滾珠絲杠(18)、第二滾珠絲杠缸(20)及右壓頭(15)，輥組(23)置于下7字型加載板(16)與底座(24)之間，試驗(yàn)時(shí)減少加載板與底座之間的摩擦力。
[0011 ]本發(fā)明提供一種測(cè)試類巖石材料結(jié)構(gòu)面剪切力的方法，其特征在于，
[0012](I)試件制作:把前模板、左模板、右模板、后模板、螺栓，組裝成矩形模具，共兩個(gè)矩形模具;然后取P32.5水泥、經(jīng)過(guò)20目篩選沙、和水按照其質(zhì)量比為26: 25:10的比例配比混合并攪拌，攪拌均勻后注入第一個(gè)模子，將薄鋼板與模具對(duì)齊按壓在上表面;把第二個(gè)模具對(duì)齊放置于第一個(gè)模具上，把攪拌均勻的模型材料注入第二個(gè)模子，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后取出以供試驗(yàn)測(cè)試，分別作為上、下盤巖塊(11、14);其中，所述薄鋼板為不同起伏度的薄鋼板;所述上、下盤巖塊(11、14)進(jìn)一步加工出“非平面”具有粗糙度的結(jié)構(gòu)面；
[0013](2)施加法向壓力:通過(guò)電腦控制器(27)控制法向壓力，伺服系統(tǒng)的第一滾珠絲杠
(4)帶動(dòng)上壓頭(9)從上至下提供法向壓力，上壓頭(9)通過(guò)上7字型加載板(10)將法向壓力傳遞給巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊(11);
[0014](3)施加剪切力:第二滾珠絲杠(18)帶動(dòng)右壓頭(15)從右至左對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊(14)施加剪切力，通過(guò)電腦控制器(27)控制巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊(14)的加載剪切位移速率；
[0015](4)數(shù)據(jù)采集:通過(guò)左位移引伸計(jì)LVDT 7，右位移引伸計(jì)LVDT 8實(shí)時(shí)采集巖石結(jié)構(gòu)面剪切過(guò)程中的巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊(11)的法向剪脹位移，通過(guò)第一壓力傳感器(6)、第二壓力傳感器(17)實(shí)時(shí)采集巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤巖塊的法向力和剪切力的大小。
[0016]所述的方法，步驟(1)、(2)之間增加一個(gè)步驟含黃泥夾層結(jié)構(gòu)面試件制取:取步驟
(I)下盤類巖石試件平放于地面，然后把黃泥材料均勻鋪灑在裂隙面上，將上盤類巖石試件覆蓋在上面，取PVC管(26)沿垂直結(jié)構(gòu)面走向方向包裹住上盤巖塊(11)、充填物(25)、下盤巖塊(14)，完成含黃泥夾層結(jié)構(gòu)面試件的制取。
[0017]具體而言:
[0018]1、試件制作裝置，制作類巖石材料試件
[0019]如圖2(圖2包括A和B)、圖3所示，類巖石材料試件制作裝置，包括試件制作模具，不同起伏度的薄鋼板;其特征在于，所述試件制作模具為兩個(gè)相同的可拆卸的矩形鋼制模具，由前模板(28)、后模板(29)、左模板(30)、右模板(31)和螺栓(32)(總共8個(gè))組成。通過(guò)在模具內(nèi)澆鑄與巖石相似的模型材料制作試件，該模型材料的凝結(jié)材料為P32.5水泥，所用骨料為沙，篩選沙的篩子型號(hào)為20目(孔徑0.85mm)，然后將水泥、沙和水按照其質(zhì)量比為26:25:10的比例配比混合而成，采用人工攪拌，攪拌均勻后注入第一個(gè)模子，將薄鋼板與模具對(duì)齊按壓在上表面，把第二個(gè)模具對(duì)齊放置于第一個(gè)模具上，把攪拌均勻的模型材料注入第二個(gè)模子，24小時(shí)自然養(yǎng)護(hù)脫模后，送入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，28天后取出供試驗(yàn)測(cè)試。
[0020]2、含軟弱夾層的試件制取
[0021]所述軟弱夾層選取的材料為黃泥、土和注漿材料及其類似材料，其中配制黃泥的含水率分別為50%、55%、60%、65%四種，其粘度分別為32810^.8、101]\0^.8、7610^.8、23MPa.s，土的粒徑分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂五個(gè)等級(jí)；工程上對(duì)于注漿材料的漿液凝膠時(shí)間有一定的要求，漿液凝膠時(shí)間太短會(huì)造成漿液未流到指定位置就凝固了，漿液凝膠時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)造成漿液與動(dòng)水混合稀釋，無(wú)法凝固，因此施工是要求凝膠時(shí)間既不能太長(zhǎng)，又不能太短，通常為幾分鐘，本發(fā)明中作為夾層的注漿材料中脲醛樹脂、草酸與添加劑比例為120:2:3，其凝膠時(shí)間較為合適且漿體凝結(jié)后強(qiáng)度較大。軟弱夾層的制取過(guò)程中，首先將下盤類巖石試件平放于地面，然后把配制好的黃泥或注漿材料置于容器中至半凝結(jié)狀態(tài)后涂抹在裂隙面上，厚度約5mm，最后將上盤類巖石試件覆蓋在上面直至完成凝結(jié)，從而完成含軟弱夾層的結(jié)構(gòu)面的制取;在試驗(yàn)之前，在含軟弱夾層的試件外面包裹一層與結(jié)構(gòu)面走向一致的PVC管(42)，防止充填材料在試驗(yàn)過(guò)程中散落，該種PVC管具有一定的彈性并且受熱收縮，從而能夠貼緊試件表面，具有較好的包裹性，該材料對(duì)試驗(yàn)剪切過(guò)程中的剪切阻力非常小，相比試件受到的剪切力來(lái)說(shuō)基本可以忽略不計(jì)。
[0022]3、巖石結(jié)構(gòu)面剪切裝置，用以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)面的剪切
[0023]如圖1所示，一種類巖石材料結(jié)構(gòu)面剪切裝置，包括試件制作系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);其特征在于，所述加載系統(tǒng)包括法向壓力加載裝置、剪切力加載裝置、兩個(gè)7字型的加載板、輥組和反力架，所述法向壓力加載裝置包括伺服電機(jī)1(2)、減速機(jī)1(3)、第一滾珠絲杠(4)、第一滾珠絲杠缸(5)及上壓頭(9)，剪切力加載裝置包括伺服電機(jī)Π (22)、減速機(jī)Π (21)、第二滾珠絲杠(18)、第二滾珠絲杠缸(20)及右壓頭(15)，輥組(23)置下7字型加載板(16)與底座(24)之間，試驗(yàn)時(shí)減少加載板與底座之間的摩擦力;將試件置于下7字型加載板(16)上，通過(guò)電腦控制伺服電機(jī)Π (22)和減速機(jī)Π (21)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)第二滾珠絲杠(18)沿滑道(19)運(yùn)動(dòng)將試件向左緩慢移動(dòng)至與上7字型加載板(10)接觸，通過(guò)電腦控制伺服電機(jī)I (2)和減速機(jī)I (3)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一滾珠絲杠(4)向下移動(dòng)并通過(guò)上壓頭(9)施加一定恒定法向應(yīng)力，右壓頭(15)從右至左對(duì)結(jié)構(gòu)面下盤巖塊施加剪切力，通過(guò)電腦控制器(27)控制下盤巖塊的加載剪切位移速率。
[0024]4、本發(fā)明的裝置及方法的有益效果
[0025]術(shù)語(yǔ)的解釋:本發(fā)明的一種類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取并用于剪切測(cè)試的裝置，包括試件制作系統(tǒng)、試件系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這其中的系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)的含義就是“結(jié)構(gòu)單元”或“單元”的意思。
[0026]“非平面”具有粗糙度的結(jié)構(gòu)面:亦稱之為，不同粗糙度的結(jié)構(gòu)面。本發(fā)明一種優(yōu)選的方案取自于:通過(guò)MATLAB軟件構(gòu)造隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)點(diǎn)，將各點(diǎn)坐標(biāo)用樣條曲線連接生成5條隨機(jī)分形曲線，點(diǎn)間距為0.5mm，曲線長(zhǎng)度L為10mm，得到曲線的JRC值分別為3.454、7.814、11.249、15.386、19.582。巖石節(jié)理剖面曲線用隨機(jī)分形產(chǎn)生的曲線代替自然節(jié)理剖面，根據(jù)需求生成不同粗糙度的曲線。根據(jù)分形曲線采用數(shù)控機(jī)床壓制成與分形曲線同樣形狀，同樣起伏度的薄鋼板。
[0027]本發(fā)明的技術(shù)方案在于:本發(fā)明的創(chuàng)新之處:(1)采用類巖石材料制作巖塊試件， 且試件制作模具安裝拆卸簡(jiǎn)單。(2) “非平面”具有粗糙度的結(jié)構(gòu)面(亦稱之為，不同粗糙度的結(jié)構(gòu)面)的設(shè)計(jì)，具有典型性、代表性。(3)充填材料模擬不同充填狀態(tài)的結(jié)構(gòu)面，能夠研究不同充填狀態(tài)結(jié)構(gòu)面的剪切情況。尤其是黃泥的設(shè)計(jì)。(4)大號(hào)PVC管包裹試件，保證試驗(yàn)過(guò)程中充填物不會(huì)散落，并且PVC管為柔性材料，在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大。(5)其他:兩個(gè)7字型加載板與試件配套，裝置簡(jiǎn)單易操作，精度高，數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化。剪切裝置設(shè)置輥組，試驗(yàn)時(shí)減少加載板與底座之間的摩擦力。簡(jiǎn)言之，能夠制作不同粗糙度、含不同充填物的結(jié)構(gòu)面試件，方便試驗(yàn)研究，并且發(fā)明了與之配套使用的剪切裝置和防充填物在試驗(yàn)過(guò)程中散落的包裹裝置。本發(fā)明設(shè)置剪切裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同起伏度、不同充填狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行剪切試驗(yàn)。這是本發(fā)明的突出的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)所在，也是其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)?！靖綀D說(shuō)明】
[0028]圖1為類巖石材料結(jié)構(gòu)面剪切裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為類巖石材料試件制作模具示意圖；
[0030]圖3為不同起伏度的薄鋼板剖面圖；[〇〇31]圖4為含軟弱夾層結(jié)構(gòu)面試件剖面圖。[〇〇32]圖中:1、反力架，2、伺服電機(jī)I，3、減速機(jī)I，4、第一滾珠絲杠，5、第一滾珠絲杠缸， 6、第一壓力傳感器，7、左位移引伸計(jì)LVDT，8、右位移引伸計(jì)LVDT，9、上壓頭，10、上7字型壓板，11、類巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊，12、左固定塊，13、結(jié)構(gòu)面，14、類巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊，15、 右壓頭，16、下7字型壓板，17、第二壓力傳感器，18、第二滾珠絲杠，19、滑道，20、第二滾珠絲缸，21、減速機(jī)II，22、伺服電機(jī)II，23、壓輥組，24、底座，25、充填物，26、PVC管，27、電腦控制器，28、前模板I，29、后模板I，30、左模板I，31、右模板I，32、螺栓I，33、前模板II，34、后模板 n，35、左模板n，36、右模板n，37、螺栓n，38、薄鋼板剖面1、39、薄鋼板剖面n，40、薄鋼板剖面m，41、薄鋼板剖面IV，42、薄鋼板剖面V?！揪唧w實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于此。
[0034]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明的類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取、剪切裝置，包括試件制作系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。所述試件制作系統(tǒng)由兩個(gè)規(guī)格相同的模具及5塊不同起伏度的薄鋼板組成，下盤試件制作模具由前模板128，左模板130，右模板131，后模板129， 螺栓32(總共8個(gè))組裝而成，上盤試件制作模具由前模板II 33，左模板II 35，右模板II 36，后模板n 34，螺栓n 37 (總共8個(gè))組裝而成，制作試件時(shí)，將組裝好的下盤試件制作模具平放于地面，將攪拌均勻后的混凝土注入其中，取某一塊薄鋼板與模具對(duì)齊按壓在其上表面，把將組裝好的上盤試件制作模具對(duì)齊放置于第一個(gè)模具上，再把攪拌均勻的混凝土注入第二個(gè)模子，24小時(shí)自然養(yǎng)護(hù)脫模后，送入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，28天后取出供試驗(yàn)測(cè)試;所述軟弱夾層選取的材料為粘性土和注漿材料及其類似材料，軟弱夾層的制取過(guò)程中，首先將下盤類巖石試件平放于地面，然后把配制好的黃泥或注漿材料置于容器中至半凝結(jié)狀態(tài)后涂抹在裂隙面上，厚度約5mm，最后將上盤類巖石試件覆蓋在上面直至完成凝結(jié)，從而完成含軟弱夾層的結(jié)構(gòu)面的制取;如圖1所示加載系統(tǒng)包括法向壓力加載裝置、剪切力加載裝置、兩個(gè)7字型的加載板、輥組和反力架，所述法向壓力加載裝置包括伺服電機(jī)12、減速機(jī)13、第一滾珠絲杠4、第一滾珠絲杠缸5及上壓頭9，剪切力加載裝置包括伺服電機(jī)Π 22、減速機(jī)Π 21、第二滾珠絲杠18、第二滾珠絲杠缸20及右壓頭15，輥組23置下7字型加載板16與底座24之間，試驗(yàn)時(shí)減少加載板與底座之間的摩擦力；將試件置于下7字型加載板16上，通過(guò)電腦控制伺服電機(jī)Π 22和減速機(jī)Π 21運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)第二滾珠絲杠18沿滑道19運(yùn)動(dòng)將試件向左緩慢移動(dòng)至與上7字型加載板10接觸，通過(guò)電腦控制伺服電機(jī)12和減速機(jī)13運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一滾珠絲杠4向下移動(dòng)并通過(guò)上壓頭9施加一定恒定法向應(yīng)力，右壓頭15從右至左對(duì)結(jié)構(gòu)面下盤巖塊施加剪切力，通過(guò)電腦控制器控制下盤巖塊的加載剪切位移速率;所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括第一壓力傳感器6、左位移引伸計(jì)LVDT 7、右位移引伸計(jì)LVDT 8、第二壓力傳感器17，所述第一壓力傳感器6位于第一滾珠絲杠缸5與上壓頭9之間，所述左位移引伸計(jì)LVDT 7、右位移引伸計(jì)LVDT 8分別位于上壓頭9左右端上表面，所述第二壓力傳感器位于第二滾珠絲缸20與右壓頭15之間。
[0035]下面列舉實(shí)施例1?實(shí)施例5來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施。
[0036]實(shí)施例1
[0037]本發(fā)明的類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取、剪切方法，包括如下步驟:
[0038](I)試件制作:把前模板128，左模板130，右模板131，后模板129，螺栓32(總共8個(gè))組裝成長(zhǎng)X寬X高=100mm X 160mm X 10mm的矩形模具，把前模板Π 33，左模板Π 35，右模板Π 36，后模板Π 34，螺栓Π 37 (總共8個(gè))組裝成長(zhǎng)X寬X高=100mm X 160mm X 10mm的矩形模具，然后取P32.5水泥，經(jīng)過(guò)篩選沙(篩子型號(hào)為20目，孔徑0.85mm)，和水按照其質(zhì)量比為26:25:10的比例配比混合并攪拌，攪拌均勻后注入第一個(gè)模子，將長(zhǎng)X寬X高=I 1mm X170mmX5mm的薄鋼板與模具對(duì)齊按壓在上表面，把第二個(gè)模具對(duì)齊放置于第一個(gè)模具上，把攪拌均勻的模型材料注入第二個(gè)模子，24小時(shí)自然養(yǎng)護(hù)脫模后，送入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，28天后取出供試驗(yàn)測(cè)試。
[0039]其中，關(guān)于薄鋼板，通過(guò)MATLAB軟件構(gòu)造隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)點(diǎn)，將各點(diǎn)坐標(biāo)用樣條曲線連接生成5條隨機(jī)分形曲線，點(diǎn)間距為0.5mm，曲線長(zhǎng)度L為10mm，得到曲線的JRC值分別為3.454、7.814、11.249、15.386、19.582。巖石節(jié)理剖面曲線用隨機(jī)分形產(chǎn)生的曲線代替自然節(jié)理剖面，根據(jù)需求生成不同粗糙度的曲線。根據(jù)分形曲線采用數(shù)控機(jī)床壓制成與分形曲線同樣形狀，同樣起伏度的薄鋼板。
[0040](2)施加法向壓力:通過(guò)電腦控制器27控制法向壓力的大小為40KN，伺服系統(tǒng)的第一滾珠絲杠4帶動(dòng)上壓頭9從上至下提供法向壓力40KN，上壓頭9通過(guò)上7字型加載板10將法向壓力40KN傳遞給巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊11。
[0041 ] (3)施加剪切力:第二滾珠絲杠18帶動(dòng)右壓頭15從右至左對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊14施加剪切力，通過(guò)電腦控制器27控制巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊14的加載剪切位移速率為
0.005mm/so
[0042](4)數(shù)據(jù)采集:通過(guò)左位移引伸計(jì)LVDT 7，右位移引伸計(jì)LVDT 8實(shí)時(shí)采集巖石結(jié)構(gòu)面剪切過(guò)程中的巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊11的法向剪脹位移，通過(guò)第一壓力傳感器6、第二壓力傳感器17米集實(shí)時(shí)巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤巖塊的法向力和剪切力的大小。
[0043]上述處理?xiàng)l件得到類巖石材料結(jié)構(gòu)面剪切峰值強(qiáng)度為6.24MPa，峰值剪脹位移為
0.74mmo
[0044]實(shí)施例2
[0045]本實(shí)施例采用與實(shí)施例1基本相同的實(shí)施方式，不同之處在于:在實(shí)施例步驟(I)、(2)增加一個(gè)步驟含黃泥結(jié)構(gòu)面試件制取:取步驟I下盤類巖石試件平放于地面，然后把配制好的含水率為50%的黃泥置于容器中至半凝結(jié)狀態(tài)后涂抹在裂隙面上，厚度約5mm，最后將上盤類巖石試件覆蓋在上面直至完全凝結(jié)，完全凝結(jié)后，取長(zhǎng)度為10mm的PVC管26沿垂直結(jié)構(gòu)面走向方向包裹住上盤巖塊11、充填物25、下盤巖塊14，采用大功率電吹風(fēng)加熱PVC管使之收縮完全貼合試件表面，完成含水率為50%的黃泥的結(jié)構(gòu)面試件的制取。
[0046]上述處理?xiàng)l件得到含黃泥結(jié)構(gòu)面的剪切峰值強(qiáng)度為1.56MPa，峰值剪脹位移為
0.12mm0
[0047]實(shí)施例3
[0048]本實(shí)施例采用與實(shí)施例1基本相同的實(shí)施方式，不同之處在于:在實(shí)施例步驟(I)、(2)增加一個(gè)步驟含礫砂層結(jié)構(gòu)面試件制取:取步驟I下盤類巖石試件平放于地面，然后把篩選好的礫砂均勻鋪灑在裂隙面上，厚度約5mm，最后將上盤類巖石試件覆蓋在上面，取長(zhǎng)度為10mm的PVC管26沿垂直結(jié)構(gòu)面走向方向包裹住上盤巖塊11、充填物25、下盤巖塊14，采用大功率電吹風(fēng)加熱PVC管使之收縮完全貼合試件表面，完成含礫砂的結(jié)構(gòu)面試件的制取。
[0049]上述處理?xiàng)l件得到含礫砂層結(jié)構(gòu)面的剪切峰值強(qiáng)度為3.0lMPa，峰值剪脹位移為
0.46mmο
[0050]實(shí)施例4
[0051]本實(shí)施例采用與實(shí)施例1基本相同的實(shí)施方式，不同之處在于:在實(shí)施例步驟(I)、
(2)增加一個(gè)步驟含注漿材料結(jié)構(gòu)面試件制取:取步驟I下盤類巖石試件平放于地面，然后把配制好的注漿材料置于容器中至半凝結(jié)狀態(tài)后涂抹在裂隙面上，厚度約5mm，最后將上盤類巖石試件覆蓋在上面直至完全凝結(jié)，完全凝結(jié)后，取長(zhǎng)度為10mm的PVC管26沿垂直結(jié)構(gòu)面走向方向包裹住上盤巖塊11、充填物25、下盤巖塊14，采用大功率電吹風(fēng)加熱PVC管使之收縮完全貼合試件表面，完成含注漿材料結(jié)構(gòu)面試件的制取。
[0052]上述處理?xiàng)l件得到含注漿材料結(jié)構(gòu)面的剪切峰值強(qiáng)度為4.78MPa，峰值剪脹位移為0.36mm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種類巖石材料結(jié)構(gòu)面制取并用于剪切測(cè)試的裝置，其特征在于:包括試件制作系統(tǒng)、試件系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，所述試件制作系統(tǒng)包括兩個(gè)相同的可拆卸的矩形鋼制模具，由前模板、后模板、左模板、右模板和螺栓組成，用來(lái)制造結(jié)構(gòu)面的上、下兩盤類巖塊;具有起伏度的薄鋼板用來(lái)制造“非平面”具有粗糙度的結(jié)構(gòu)面，通過(guò)數(shù)控機(jī)床壓制而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，所述的試件系統(tǒng)包括上盤巖塊(11)、下盤巖塊(14)、“非平面”具有粗糙度的結(jié)構(gòu)面(13)、充填物(25)和包裹裝置(26)，所述充填物(25)選取的材料為黃泥、土或注漿材料及其類似材料，其中黃泥的含水率為50%-65%;其中土的粒徑分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂五個(gè)等級(jí);其中注漿材料一般為改性脲醛樹脂，其中脲醛樹脂、草酸與添加劑比例為120:2:3;使用大號(hào)PVC管為包裹裝置，通過(guò)加熱收縮使之貼緊試件表面，從而防止充填物在試驗(yàn)過(guò)程中散落。4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，所述的加載系統(tǒng)包括法向壓力加載裝置、剪切力加載裝置、兩個(gè)7字型的加載板、輥組和反力架，所述法向壓力加載裝置包括伺服電機(jī)1(2)、減速機(jī)I(3)、第一滾珠絲杠(4)、第一滾珠絲杠缸(5)及上壓頭(9)，剪切力加載裝置包括伺服電機(jī)Π(22)、減速機(jī)Π (21)、第二滾珠絲杠(18)、第二滾珠絲杠缸(20)及右壓頭(15)，輥組(23)置于下7字型加載板(16)與底座(24)之間，試驗(yàn)時(shí)減少加載板與底座之間的摩擦力。5.—種測(cè)試類巖石材料結(jié)構(gòu)面剪切力的方法，其特征在于， (1)試件制作:把前模板、左模板、右模板、后模板、螺栓，組裝成矩形模具，共兩個(gè)矩形模具;然后取P32.5水泥、經(jīng)過(guò)20目篩選沙、和水按照其質(zhì)量比為26: 25:10的比例配比混合并攪拌，攪拌均勻后注入第一個(gè)模子，將薄鋼板與模具對(duì)齊按壓在上表面;把第二個(gè)模具對(duì)齊放置于第一個(gè)模具上，把攪拌均勻的模型材料注入第二個(gè)模子，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后取出以供試驗(yàn)測(cè)試，分別作為上、下盤巖塊(11、14);其中，所述薄鋼板為不同起伏度的薄鋼板;所述上、下盤巖塊(11、14)進(jìn)一步加工出“非平面”具有粗糙度的結(jié)構(gòu)面； (2)施加法向壓力:通過(guò)電腦控制器(27)控制法向壓力，伺服系統(tǒng)的第一滾珠絲杠(4)帶動(dòng)上壓頭(9)從上至下提供法向壓力，上壓頭(9)通過(guò)上7字型加載板(10)將法向壓力傳遞給巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊(11); (3)施加剪切力:第二滾珠絲杠(18)帶動(dòng)右壓頭(15)從右至左對(duì)巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊(14)施加剪切力，通過(guò)電腦控制器(27)控制巖石結(jié)構(gòu)面下盤巖塊(14)的加載剪切位移速率； (4)數(shù)據(jù)采集:通過(guò)左位移引伸計(jì)LVDT7，右位移引伸計(jì)LVDT 8實(shí)時(shí)采集巖石結(jié)構(gòu)面剪切過(guò)程中的巖石結(jié)構(gòu)面上盤巖塊(11)的法向剪脹位移，通過(guò)第一壓力傳感器(6)、第二壓力傳感器(17)實(shí)時(shí)米集巖石結(jié)構(gòu)面上、下盤巖塊的法向力和剪切力的大小。6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，步驟(I)、(2)之間增加一個(gè)步驟含黃泥夾層結(jié)構(gòu)面試件制取:取步驟(I)下盤類巖石試件平放于地面，然后把黃泥材料均勻鋪灑在裂隙面上，將上盤類巖石試件覆蓋在上面，取PVC管(26)沿垂直結(jié)構(gòu)面走向方向包裹住上盤巖塊(11)、充填物(25)、下盤巖塊(14)，完成含黃泥夾層結(jié)構(gòu)面試件的制取。
【文檔編號(hào)】G01N3/24GK106092695SQ201610640170
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月5日 公開號(hào)201610640170.5, CN 106092695 A, CN 106092695A, CN 201610640170, CN-A-106092695, CN106092695 A, CN106092695A, CN201610640170, CN201610640170.5
【發(fā)明人】趙延林, 唐勁舟, 萬(wàn)文, 羅世林, 付成成
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)