[发明专利]岩体结构面现场水力耦合直剪试验结构装置及构建方法

说明书

本发明涉及岩体结构面现场水力耦合直剪试验结构装置，包括筒式钢结构高水压试验舱、传力钢板、扁平千斤顶、用于安装试验岩体的剪切盒、位于剪切盒两侧且固定在筒式钢结构高水压试验舱底部的两个反力支撑钢板、固定在筒式钢结构高水压试验舱顶部内侧上的第一传立柱、固定在第一传立柱底部与剪切盒顶部之间的试验舱内竖向千斤顶、顶端与试验室顶面连接的第二传立柱、设置在筒式钢结构高水压试验舱顶部外侧与第二传立柱底端之间的舱外反力千斤顶；筒式钢结构高水压试验舱外还设有法向荷载控制系统、差异式油压倍增器、剪切荷载控制系统；本发明不受试验部位与时间的限制，能够保证准确真实地测定水下岩体结构面抗剪强度参数指标。

技术领域

本发明涉及现场岩体结构面力学试验技术领域，具体涉及一种岩体结构面现场水力耦合直剪试验结构装置及构建方法。

背景技术

现场岩体结构面直剪试验是通过一种在现场加工试样进行法向和切向加载获得岩体结构面抗剪强度参数方法，所获得的岩体结构面抗剪强度参数指标对工程设计具有指导作用。在我国西部水利水电工程建设过程中，形成了众多的高坝大库，这些水库在运行期间，库水以下岩体通常处于一定的水压作用条件下，如果岩体中存在裂隙、软弱夹层等结构面，往往会成为库水或地下水的渗流通道。与无水条件相比，水压力与渗流作用对结构面的抗剪强度特性产生显著影响。特别是高山峡谷区的高坝大库坝基岩体以及库坡岩体中存在的结构面在长期运行过程中，将承受库水压力与地下水渗流的长期作用，而水下岩体结构面抗剪强度特性的劣化会引起峡谷较明显的谷幅变形，严重影响高坝的工作性态和长期安全运行。

目前的现场岩体结构面直剪试验方法均在无水压无渗流条件下进行，所获得的抗剪强度参数无法与工程运行期间岩体结构面具有一定水压条件或一定渗流条件下的抗剪强度参数相匹配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩体结构面现场水力耦合直剪试验结构装置及构建方法，该装置和方法能实现有水压有渗流条件下的岩体结构面直剪试验，获得真实反映水下岩体结构面抗剪强度参数指标，可为工程岩体结构面水力耦合变形强度特性研究提供有效、可靠手段。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种岩体结构面现场水力耦合直剪试验结构装置，其特征在于，它包括筒式钢结构高水压试验舱、传力钢板、扁平千斤顶、用于安装试验岩体的剪切盒、位于剪切盒两侧且固定在筒式钢结构高水压试验舱底部的两个反力支撑钢板、固定在筒式钢结构高水压试验舱顶部内侧上的第一传立柱、设置在第一传立柱底部与剪切盒顶部之间的试验舱内竖向千斤顶、顶端与试验室顶面连接的第二传立柱、设置在筒式钢结构高水压试验舱顶部外侧与第二传立柱底端之间的舱外反力千斤顶；所述筒式钢结构高水压试验舱外还设有法向荷载控制系统、差异式油压倍增器、剪切荷载控制系统；

所述两个反力支撑钢板与剪切盒的下部侧面之间均设置有传力钢板，所述剪切盒的上部侧面与一个反力支撑钢板之间设置有扁平千斤顶，所述法向荷载控制系统的液压接口连接差异式油压倍增器的第一液压接口，试验舱内竖向千斤顶的进油口通过舱内试验竖向加压系统管路的进油管连接差异式油压倍增器的第二液压接口，试验舱内竖向千斤顶的出油口通过舱内试验竖向加压系统管路的出油管接出筒式钢结构高水压试验舱外，扁平千斤顶的进油口通过舱内试验切向加压系统管路的进油管连接剪切荷载控制系统的液压接口，扁平千斤顶的出油口通过舱内试验切向加压系统管路的出油管接出筒式钢结构高水压试验舱外，舱外反力千斤顶的进油口通过舱外竖向荷载加压管路的进油管连接差异式油压倍增器的第三液压接口，舱外反力千斤顶的出油口连接舱外竖向荷载加压管路的出油管，筒式钢结构高水压试验舱内设有试验舱充水管和数据采集通讯总成，所述筒式钢结构高水压试验舱的顶部还设有试验舱排气管，试验舱充水管和试验舱排气管接出筒式钢结构高水压试验舱外；

所述剪切盒的顶面设有滚轴排，滚轴排上设有钢垫板，滚轴排上的钢垫板能与试验舱内竖向千斤顶的底部贴合；

所述滚轴排上的钢垫板上设有水下位移传感器，剪切盒顶部侧面也设有水下位移传感器，水下位移传感器的信号输出端连接数据采集通讯总成的信号输入端。