[发明专利]一种岩石结构面剪切方法

说明书

本发明公开了一种岩石结构面剪切方法，包括试件制作和加热、施加法向压力、施加剪切力和数据采集及分析，与其相对应的装置包括试件系统、压板系统、加载系统、数据采集系统、辊组系统及加热系统。所述试件系统为含加热孔的岩石结构面上、下两盘岩块；所述加载系统分为法向压力加载、左剪切力加载和右剪切力加载；压板系统为两个7字型的加载板；辊组系统包括四组压辊组，将加载系统和压板系统连接起来；加热系统用加热棒控制加热孔内优质耐热硅油的温度实现对岩石结构面上下两盘岩块的加热；数据采集系统对压力、位移和温度进行数据采集。本发明能实现对岩石结构面试件的双向剪切，且能实现对不同温度下岩石结构面剪切特性的研究。

技术领域

本发明涉及岩石结构面的剪切，具体涉及一种岩石结构面剪切装置及方法。

背景技术

岩石结构面是边坡工程、坝基工程、采矿工程中普遍存在的介质，岩体内部大量不连续面影响并决定岩体的物理力学性质，通过剪切试验来了解岩石结构面的力学及其变形特征，为各种岩体工程的设计及其建造提供重要的依据。

剪切强度试验分为非限制性强度剪切试验和限制性剪切强度试验。非限制性强度剪切试验在剪切面上只有剪应力存在，没有正应力存在；限制性强度剪切试验在剪切面上除了剪应力外，还存在正应力。较为常用的为限制性强度剪切试验，由于施加法向压力的压板与岩石试样之间存在摩擦，因此所测剪切强度为岩石试样实际剪切强度与压板和试样之间摩擦力之和。

由于没有统一的剪切试验机的制造标准，出现了众多岩石结构面剪切装置，这些剪切装置普遍是沿用岩石剪切装置，同时，对实验装置的结构进行了改进，但是岩石结构面剪切与单纯的岩石剪切又存在不同之处，即岩石结构面在剪切过程中，岩石结构面试样不仅在剪切方向会产生相对滑动，而且在法线方向也会产生向上的位移，即剪胀位移。普通的岩石剪切试验装置由于施加剪力的压板和岩块表面直接接触，压板和岩块表面之间的摩擦力较大，岩块不能在压板表面自由移动，从而限制了结构面岩块的上下移动，得到的岩石结构面的剪胀位移量失真。因此，普通岩石剪切试验装置不适用于研究岩石结构面的剪胀特性。

传统的岩石结构面的剪切装置均为单向剪切装置，存在诸多的缺陷。一般限制岩石结构面的下盘岩块，即保持岩石结构面的下盘岩块不动，而对岩石结构面的上盘岩块的上表面施加法向压力，同时对上盘岩块的侧面施加剪切力，使岩石结构面上盘岩块在下盘岩块基底上发生相对的剪切变形，通过分析剪切力和剪切位移的关系，得到岩石结构面的抗剪强度和剪切力学特性。而岩体工程的失稳过程往往表现为岩石结构面上、下盘的同时运动，如地震作用下岩石结构面的错动滑移。研究岩石结构面上盘和下盘同时受剪时的力学特性需要研制岩石结构面双向剪切的试验装置。

此外，目前众多的实验均未涉及到不同温度条件下岩石剪切试验机的研制。岩石在不同温度条件下表现出不同的岩石力学性质，在不同温度条件下岩石结构面剪切必将呈现出不同的力学性质及剪张效应，故研究岩石剪切强度应考虑温度的影响是也是一项关键的技术。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提出了一种双向剪切的岩石结构面剪切装置，并且优选地提出包含加热系统的剪切装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

1、双向剪切的岩石结构面剪切装置，用以实现双向剪切

如图1所示，一种双向剪切的岩石结构面剪切装置，包括试件系统、压板系统、加载系统和数据采集系统；其特征在于，所述压板系统包括上、下、左、右四块压板，上压板10 和下压板22平行且正位设置，施加法向压力；左压板11与右压板23平行相对且错位设置，同时施加剪切力。

所述的试件系统为岩石结构面试件，以岩石结构面21为界，分为岩石结构面上盘岩块33和岩石结构面下盘岩块32。