[发明专利]一种岩石溃曲破坏强度测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状或板状岩石溃曲破坏强度测试装置，属于岩土工程技术领域。

背景技术

在地下工程中，随着开挖深度的不断增加，常常会遇到岩层倾角近于竖直的情况，或是由于洞室的开挖，造成围岩应力重新分布，洞室周边的径向应力减小，切向应力增大，洞室周边岩体近似为单轴应力状态，边墙在切向应力的作用下劈裂成板，形成近乎平行洞壁表面的板裂岩块，此时，围岩的变形和破坏情况变得非常复杂，因溃曲破坏丧失稳定性的情况时有发生，严重影响施工进度和工作人员的安全。同时，在边坡工程中，溃曲破坏也是顺倾向层状岩质边坡的一种典型的破坏模式，尤其是在深切河谷前缘坡脚受阻的顺倾向岩质边坡中，随着河谷深度的不断增加，在层状结构面比较密集，层状岩体较薄时，坡脚处应力集中，主应力和剪应力最终达到一个临界值，岩体向溃曲型破坏转化，此时边坡一旦溃曲破坏，岩层将发生突然滑动而导致高速滑坡，对边坡的稳定造成严重的威胁。

目前，国内有关岩石溃曲破坏稳定性分析的研究现状如下：

 浙江大学学报（2004年，第38卷，第9期）“顺倾向层状岩质边坡溃曲破坏分析”文章中基于特殊函数理论，得出各层岩体溃曲破坏曲线的理论公式并求得此类边坡溃曲破坏的临界坡长和破坏位置。

 东北大学学报（2008年，第29卷，第6期）“深埋垂直板裂结构岩体中洞室失稳破坏机制”文章中采用了RFPA软件进行数值模拟，分析了洞室边墙溃曲失稳破坏的形成过程和破坏机理。

 博士论文（2010年，中南大学）“高应力硬岩脆性板裂破坏和应变型岩爆机理研究”论文中基于欧拉公式，确定了岩板在轴向和偏心加载下发生溃曲破坏的临界应力并根据公式分析了临界应力与弹性模量和岩板长厚比的关系。

由于缺乏相关的实验设备，上述有关岩石溃曲破坏稳定性分析的研究均集中于理论分析和数值模拟，都没有对岩石的溃曲破坏强度进行实际测定和分析，缺乏判断层状或板状岩石是否有可能发生溃曲破坏的实测强度依据，同时也不能为研究层状或板状岩石溃曲破坏强度与岩石变形参数或尺寸的关系提供真实的实验验证。发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种层状或板状岩石溃曲破坏强度的测试装置，为层状或板状岩石在溃曲失稳破坏模式下的破坏强度的测定提供测试装置。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

岩石溃曲破坏强度测试装置，包括柱铰压头、U形固定板、L形定位约束板、矩形定位约束板、紧固螺栓、球铰支座、L形连接杆和线形连接杆，柱铰压头由方形压块、柱形嵌入头和方形垫板构成，柱形嵌入头的上端呈柱面状，柱形嵌入头的下端与方形垫板固定连接，柱形嵌入头的上端活动的嵌入在方形压块的柱面凹槽内，柱形嵌入头通过埋头连接螺栓与方形压块连接，球铰支座由底座和承压台构成，承压台上端面呈方形，下端呈球状，活动的嵌入在底座中，柱铰压头和球铰支座之间设置有U形固定板，U形固定板下端与球铰支座通过线形连接杆连接，线形连接杆下端与球铰支座固定连接，线形连接杆上端活动的插入在设置于U形固定板下端面上的圆孔中，线形连接杆上设置有调节螺母，U形固定板上端与柱铰压头通过L形连接杆连接，L形连接杆一端活动的插入在设置于方形压块两侧端面上的圆孔中，L形连接杆另一端活动的插入在设置于U形固定板上端面上的圆孔中，方形压块中的圆孔的中轴线与柱形嵌入头的中轴线位于同一竖直平面上，在U形固定板的三个侧壁面上对称设置有紧固螺栓，在U形固定板的上端面上对称设置有刻度标记，在U形固定板内活动设置有一对L形定位约束板和一个矩形定位约束板，矩形定位约束板上端面中心处设有中心刻度标记，矩形定位约束板平行于U形固定板的U形口且与U形口内侧面等宽。

由于采用了上述技术方案，本发明可以实现层状或板状岩石的溃曲破坏强度的测定。主要具有以下优点：

通过柱铰压头和球铰支座的联合使用实现岩样的轴向约束，以适应岩样大变形压曲过程中上下端面的自由倾斜，减小端面转动约束。

通过柱铰压头的方向性转动和定位约束板的约束作用稳定控制岩样的溃曲破坏方向。

通过紧固螺栓调节定位约束板的位置进行岩样的定位以实现轴向或偏心加载，并且可适应不同尺寸岩样溃曲破坏强度的测定。

本发明为层状或板状岩石溃曲破坏强度提供了测试装置，该装置结构合理，操作简单，适应性强，可以方便安全地实现层状或板状岩石溃曲破坏强度的测定。

附图说明：

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为图1的侧视图；