[发明专利]岩石拉伸-剪切试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于岩石拉伸-剪切测试的试验系统，属于岩土工程技术领域。

背景技术

在压缩条件下岩石的剪断试验，是获得在不同法向压力下岩石峰值抗剪断强度和残余强度的基本方法，也是获取岩石的抗剪强度参数c、的一种重要手段，因此在岩土工程中获得了广泛的应用，并开发了不同的压剪试验设备，包括应用于室内试验的大型直剪仪和应用于现场原位试验的小型便携式直剪仪。而对于拉伸条件下，岩石的剪断试验，在国内外文献中均鲜有报道，也很少见到能进行岩石拉-剪试验的仪器设备，主要原因是岩石的拉剪破坏没有引起人们的足够重视，另外就是进行拉剪试验的设备较为复杂，其中包括岩石试件的粘接、法向拉力的加载方式、粘接可能对侧向变形的限制、偏心对岩石拉伸强度的影响等，与应用广泛的RMT单轴压缩实验、压剪实验和MTS常规三轴实验相比，岩石的拉剪实验操作起来困难许多。在深埋、高应力地下岩石工程中，隧洞边墙部位，由于开挖卸荷作用法向应力为0，切向应力集中达最大，部分围岩在竖直切应力作用下会产生法向的拉应力，当围岩底部有一定空间时，岩体会在竖向的切应力和法向的拉应力作用下发生拉剪破坏；对于传统的摩尔库伦强度准则，为方便应用一般会简化为线性表达式，即岩石的抗剪强度是法向压应力的线性函数，而法向应力变为拉应力(即应力位于横轴的负半轴)时，通常做法是将正半轴上拟合的直线延伸交与负半轴，作为岩石在拉应力下的强度准则，而这一点是缺乏实验数据支撑的。并且实验证明在不同的法向压力下，岩石的抗剪强度包络线并不完全是线性的，包络线上每个实验点对应的切线斜率逐渐减小，而对于负半轴上在不同拉应力作用下的强度包络线到底是怎样的也没有统一的说法，主要原因就是缺乏实验数据的支撑。因此本发明在于开发一种能进行不同法向拉力作用下的岩石直剪仪，为完善岩体本构模型、建立相应强度准则提供实验数据。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一套能进行岩石拉伸-剪切试验的系统，为建立更为精确、完善的岩体力学模型、建立相应的强度准侧，提供试验数据。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

岩石拉伸-剪切试验系统，包括反力装置，垂直加载系统，水平加载系统，上剪切盒，下剪切盒，测量系统，液压控制系统及基座，所述的反力装置由四根钢梁，螺帽和承载板连接组成，承载板通过螺帽固定连接在四根钢梁的上端，四根钢梁的下端固定连接在基座中。

所述的垂直加载系统由空心液压千斤顶，拉力柱，锁紧螺帽，拉力板组成，空心液压千斤顶位于承载板上方，拉力柱活动贯通承载板，拉力柱上端贯通空心液压千斤顶，并通过锁紧螺帽固定，拉力柱下端与拉力板上端面螺纹连接，拉力柱的轴线与上剪切盒、下剪切盒及拉力板的中心在同一条竖直线上。

所述水平加载系统由水平千斤顶，传力柱构件，滚轴排和承压板组成，传力柱构件设置在水平千斤顶前方，传力柱构件与水平千斤顶的活塞头的接触面形状相同且面积相等，承压板设置在传力柱构件前方，滚轴排位于承压板和传力柱构件之间。

所述的拉力板前后两端对称设置有导向槽，导向槽位于拉力板的下端面且平行于水平千斤顶的轴线，导向槽内设有滚珠。

所述上剪切盒、下剪切盒均由五块钢板经螺栓组接而成，上剪切盒的顶部钢板前后两端有相互对称的外沿。

所述的测量系统中的垂直位移计设置在拉力板的上端面上，所述的测量系统中的水平位移计设置在上剪切盒的左端外壁面上。

由于采用了以上技术方案，本发明可进行岩石试样在不同法向拉力作用下的直剪试验。上剪切盒和下剪切盒组装式的设计可以方便的进行岩样的粘接和拆卸，拉力板和上剪切盒的设计方式可以保证岩石在水平推力下水平方向的自由变形，水平方向设置的滚轴排可以保证在拉力作用下水平加载系统的稳定。本发明改变了目前只能对岩石试样采用压剪的实验方式研究岩石的强度准则的现状，可提供岩石在不同法向拉力作用下的强度参数，对改进和完善岩石在拉剪应力作用岩石的本构关系和强度准则，具有重要的理论意义和实际意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为图1的俯视图

图3为本发明剪切盒与拉力板的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

见附图