[发明专利]恒定法向刚度条件下循环剪切试验装置及其应用方法

说明书

本发明提供一种恒定法向刚度条件下循环剪切试验装置，包括反力框架系统、剪切力施加系统、法向加载系统和加锚裂隙岩体试件；剪切力施加系统、法向加载系统和加锚裂隙岩体试件均位于反力框架系统内部；剪切力施加系统包括位于加锚裂隙岩体试件两侧的加载垫块、位于加载垫块侧部的剪切液压油缸及剪切力伺服油源；法向加载系统包括法向液压油缸、轴向压力伺服油源以及弹簧垫板，法向液压油缸位于弹簧垫板上方，弹簧垫板位于加锚裂隙岩体试件上方。本发明设计合理，构造简单，使用简易高效、操作便捷，能够清楚研究在恒定法向刚度条件下的循环剪切荷载对加锚节理岩体剪切特性的影响，才能进行科学合理的锚固设计，减少工程地质灾害发生的风险。

技术领域

本发明涉及一种恒定法向刚度条件下循环剪切试验装置及其应用方法。

背景技术

岩体中广泛存在的裂隙和节理是许多滑坡和崩塌事故的根本原因。在岩土工程中地下爆破、振动和开挖加卸载等工程活动产生循环剪切荷载可能导致结构面失稳破坏，除此之外，我国部分区域地震活动非常活跃，很多边坡、隧道、水利水电等工程不可避免的修建在地震区域，结构面在地震的循环荷载和动荷载作用下的闭合和滑移是地面和地下工程失效的重要原因。锚杆和锚索广泛应用于岩体工程中，用于节理岩体的稳定，锚固节理的特性将对围岩的稳定性产生重大影响，节理的循环剪切极可能导致贯穿节理的锚固结构产生严重破坏。

在地下工程中，由于周围岩体的存在，节理岩体在剪切过程中会抵抗膨胀变形的发生，这将导致法向荷载会随着剪胀程度而不断发生变化。在此过程中，只有周围岩体的刚度保持恒定不变。因此，恒定法向荷载边界条件不再适合此类工程问题。

由于地下工程岩体和锚固条件下岩体均处于恒定法向刚度边界条件下，传统的循环剪切试验机只能实现恒定法向荷载，也不能考虑复杂围压条件的影响，不能很好的模拟这类工程情况。因此，研究清楚在恒定法向刚度条件下的循环剪切荷载对加锚节理岩体剪切特性的影响，才能进行科学合理的锚固设计，减少工程地质灾害发生的风险。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供恒定法向刚度条件下循环剪切试验装置及其应用方法，操作方便，有效研究法向刚度条件下的循环剪切荷载对加锚节理岩体剪切特性的影响，进行科学合理的锚固设计，减少工程地质灾害发生。

本发明的具体实施方案是：提供一种恒定法向刚度条件下循环剪切试验装置，包括反力框架系统、剪切力施加系统、法向加载系统和加锚裂隙岩体试件；所述反力框架系统包括反力框架，剪切力施加系统、法向加载系统和加锚裂隙岩体试件均位于反力框架内；所述剪切力施加系统包括位于加锚裂隙岩体试件两侧的加载垫块、位于加载垫块侧部的剪切液压油缸及用于给两个剪切液压油缸提供液压油的剪切力伺服油源；所述法向加载系统包括法向液压油缸、用以给发现液压油缸供油的轴向压力伺服油源以及弹簧垫板，所述法向液压油缸位于弹簧垫板上方，所述弹簧垫板位于加锚裂隙岩体试件上方。

进一步的，所述加锚裂隙岩体试件包括上下并排设置的混凝土块或岩块，所述混凝土块或岩块内部由上至下穿设有至少一根锚杆。

进一步的，恒定法向刚度条件下循环剪切试验装置还包括围压加载系统，所述围压加载系统包括盖盒以及液压垫，所述盖盒套设于上部的混凝土块或岩石，所述液压垫置于加锚节理岩体试件与凹槽底座及盖盒接触的位置。

进一步的，所述反力框架包括凹槽底座，位于凹槽底座两侧的方形加载板，两个方形加载板上方之间设有顶板，所述顶板与加载板、凹槽底座与方形加载板之间均采用螺栓连接，将加载板、凹槽底座与方形加载板固定为一体式。

进一步的，上下并排设置的混凝土块或岩块中部设有用以锚杆穿设安装的通孔，所述锚杆通过砂浆或者树脂锚固剂固定在混凝土块或岩块的通孔内。