[发明专利]一种基于多台直剪试验仪的结构面抗剪强度尺寸效应测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工程测试领域，尤其是一种基于多台直剪试验仪的结构面抗剪强度尺寸效应测试方法。

背景技术

直剪试验是获得岩体结构面抗剪强度等力学参数的重要手段，由于岩体结构面抗剪强度具有尺寸效应的特性，为了研究结构面抗剪强度尺寸效应规律，就需要对从小到大的系列尺度结构面进行抗剪强度直剪试验，即取m个离散试样尺寸的结构面试样进行直剪试验。

根据《水利水电工程岩石试验规程（DL/T5368-2007）》要求，每个试样尺寸分别要求有5级加载，如表1所示，每个尺度试样的每一个载荷级别中都对应一定的载荷值。

表1：试样尺寸与对应的载荷关系表

在进行多尺度试样的测试中，希望用一台试验仪器来实现全部多尺度试样在一定精度范围内测试。但是在载荷范围或试样尺度范围较大时无法用一台试验仪来满足，为此需要一定数量的试验仪实现多尺度试样的测试。而试验仪台数的确定需要从载荷范围和试样尺寸范围进行分析。

载荷范围的影响因素：1.测力系统的范围。测力系统的测量精度和稳定性在量程范围内低于某一个测量值时，相对误差和稳定性会变得很差。2.控制系统的范围。控制系统由于受到力分辨率、环境干扰因素等影响无法对低于某一载荷值的有效控制。3.液压系统的范围。主要涉及液压泵的最小压力稳定性、控制阀的精度和液压缸的启动压力等因素。

试样尺寸范围的影响因素：1.框架结构的影响。框架安装有加载机构和约束机构，它的垂直度和平行度影响加载系统的安装精度和约束机构的轨迹精度，特别对小试样时影响较大。2.试样安装平台的影响。试样安装平台影响多尺度试样的定位精度，它的平面度影响试样加载面的角度。3.加载机构的影响。加载机构在运动过程中的中心线位置的变动影响加载方向，对小试样影响较大。4.导向机构的影响。试样剪切时导向机构的摩擦力阻碍着试样运动。

综上所述，采用同一台直剪试验仪难以满足多尺度试样范围和大跨度载荷范围的情况，需要多台系列直剪试验仪方能满足试验要求。但是直剪试验仪台数过多会造成试验成本高，占用空间大，可操作性差等问题。因此，确定能够满足系列尺寸及其测试精度要求的系列直剪试验仪最佳台数，以及每台直剪试验仪能测试的结构面试样尺寸范围成为关键问题。

发明内容

为了克服已有结构面抗剪强度尺寸效应的测试技术无法确定直剪试验仪最佳台数导致的不能兼顾准确性和成本、可操作性的不足,本发明提供了一种能够确定直剪试验仪最佳台数、降低成本、减少占用空间和可操作性良好的结构面抗剪强度尺寸效应的测试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于多台直剪试验仪的结构面抗剪强度尺寸效应测试方法，试样尺寸为m个离散试样尺寸的试验装置至少由n台直剪试验仪组成，试验装置的参数如下：（1）结构面试样尺寸范围为：100～100×m（mm），尺寸跨度为m倍，其他试样的尺寸为l_k＝100+100k，其中k=1,2,…,m-1；（2）根据结构面抗剪强度试验要求，对不同尺寸的试样要求保持同样法向应力的测试要求确定每个试样尺寸相对应的5级法向荷载级别分别为P_k-1、P_k-2、P_k-3、P_k-4、P_k-5，且P_k-1、P_k-2、P_k-3、P_k-4、P_k-5，按由小到大递增，由试样尺寸与对应的载荷关系表得到最小试样尺寸l₁的最小加载量为P_1-1，最大试样尺寸l_m的最大加载量为P_m-5；荷载范围：P_1-1～P_m-5（KN），荷载跨度为：（3）一台直剪试验仪的测控系统在有效范围内的系统误差为μ，有效范围为：A～100（%），满足测试精度的有效跨度比为：（4）满足试验精度要求的试验机台数为：n；

所述基于多台直剪试验仪的结构面抗剪强度尺寸效应测试方法包括以下步骤：

第一步，确定直剪试验仪的台数以及每台直剪试验仪能测试的结构面试样尺寸范围，包含以下步骤：

（1.1）直剪试验仪台数确定公式：