[发明专利]一种测试岩样抗剪强度和长期蠕变变形的原位测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种测试岩样抗剪强度和长期蠕变变形的原位测试装置及方法，围岩所在区域切割出一个试验平台，在围岩上设置有剪切岩样、平整围岩面和上部围岩；所述平整围岩面的顶部并位于剪切岩样的侧边设置有水平剪切盒；所述水平剪切盒和剪切岩样的侧壁之间设置有水平剪切装置；所述上部围岩的下端面设置有竖向荷载加载盒，所述竖向荷载加载盒的下端面和剪切岩样之间设置有垂直剪切装置；所述水平剪切装置和垂直剪切装置采用相同的结构，其动力源都采用膨胀水泥浆。创新性的利用膨胀剂的自膨胀性能提供荷载源进行现场原位剪切试验，利用膨胀水泥浆产生的膨胀力，将膨胀荷载通过哑铃状剪切杆的加载探头传递给现场岩样可测定岩体特定剪切面上的抗剪强度指标。

技术领域

本发明涉及岩土工程中岩样在竖向荷载条件下岩石的原位剪切试验和直剪试验装置，具体是一种测试岩样抗剪强度和长期蠕变变形的原位测试装置及方法。

背景技术

在压缩条件下岩石的剪切试验，是获得在不同法向压力下岩石的峰值抗剪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。常见的设备有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。

现有室内进行压剪试验的设备较为复杂，其中包括岩石试件的粘接、法向剪切力的加载方式对侧向变形的限制等，剪切面上受力不均匀，影响试验结果的准确性；且由于水平方向的试验距离受到仪器尺寸限制，直剪仪在检测过程中，能够试验的剪切位移的尺寸范围受到较大限制，不能提供较大尺寸的抗剪切试验数据。

现场原位剪切试验是探求岩土体真实强度的一项必备试验，剪切试样尺寸大、扰动小，试验结果更具可靠性。常用的原位直剪仪主要由竖向压力系统、水平剪力系统以及数据采集系统所组成。由于现场试样尺寸大，维持试样所需的竖向载荷需要的加载量大(重达数吨)，并且随试样位置更换竖向荷载必须随之搬动，工作量大，费时费力。因此，如何方便快捷地为试验过程提供准确且稳定的竖向载荷成为现场直接剪切试验的关键问题。

上述两种方式，均难以为试验提供精确恒定的竖向压力，且剪切过程中稳定性差，剪切面上受力不均匀，影响试验结果的准确性；且不能长期监测现场岩样的长期剪切蠕变，最主要的就是进行监测过程中所需的成本过高，操作复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试岩样抗剪强度和长期蠕变变形的原位测试装置及方法，创新性的利用膨胀剂的自膨胀性能提供荷载源进行现场原位剪切试验，利用膨胀水泥浆产生的膨胀力，将膨胀荷载通过哑铃状剪切杆的加载探头传递给现场岩样；在现场对待剪切岩样施加竖向荷载，待其稳定后再通过施加水平剪力使其破坏，同时记录下岩样破坏时的剪切应力，可测定岩体特定剪切面上的抗剪强度指标。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种测试岩样抗剪强度和长期蠕变变形的原位测试装置，它包括需要进行剪切试验的围岩，所述围岩所在区域切割出一个试验平台，在围岩上设置有剪切岩样、平整围岩面和上部围岩；所述平整围岩面的顶部并位于剪切岩样的侧边设置有水平剪切盒；所述水平剪切盒和剪切岩样的侧壁之间设置有水平剪切装置；所述上部围岩的下端面设置有竖向荷载加载盒，所述竖向荷载加载盒的下端面和剪切岩样之间设置有垂直剪切装置；所述水平剪切装置和垂直剪切装置采用相同的结构，其动力源都采用膨胀水泥浆。

所述围岩选用野外岩体，并采用切割设备切割出一超挖试验平台，其形状为凹进去的规则空心立方体结构。

所述剪切岩样的剪切面积不小于2500cm²，高度不小于边长的2/3。

所述水平剪切盒的两边固定有开孔钢板，所述开孔钢板通过带螺纹地锚固定安装在平整围岩面的顶部，在带螺纹地锚的顶部锁紧固定有螺母。

所述水平剪切盒采用无顶盖的长方体结构。