[发明专利]深地环境下扰动岩体力学测试试验机

说明书

模拟深地环境的扰动岩体力学测试试验机属于模拟深地工程复杂赋存条件下岩石或岩石结构面在地震或震动荷载扰动下的动态反复直剪试验领域，具体结构为：剪切压头，试样夹持区和竖向限位机构。本发明实现了直接对岩石进行不同频率、不同振幅、不同波形下的动力荷载下的反复进行剪切试验，解决了反复剪切过程中因岩石压缩变形引起的剪切方向压应力改变的难题。

技术领域

本发明属于模拟深地工程复杂赋存条件下岩石或岩石结构面在地震或震动荷载扰动下的动态反复直剪试验领域，具体的是扰动岩体力学测试试验机。

背景技术

岩体工程不可避免会面临扰动荷载的作用，如地震动力荷载的反复作用，以及工程在建设中面临的爆破应力波的反复作用，甚至高渗流压力对结构面稳定性的影响，均会导致围岩力学性能劣化，获得扰动荷载作用下岩体的抗剪力学特性是岩体工程建设所需的关键力学参数之一。此外，深埋地下的深部工程岩体，其赋存环境通常是高应力与高渗压的共同作用，甚至还面临高温的耦合作用，在高应力与高渗压下，围岩的扰动抗剪强度及变形特征对评价工程安全状态具有重要意义。然而，现有进行扰动荷载下的岩体力学剪切试验设备，通常采用以下方式进行试验模拟：第一种方式是待剪切岩石试件的上下两部分均不固定，每次剪切后均采用人工复位的方法进行复位，待人工复位后再次进行剪切试验；第二种是螺栓固定复位，即将待剪切岩石的上下两部分分别用螺栓与上剪切荷载试件垫块、下剪切荷载施加垫块分别固定在一起，每次剪切后，剪切岩石的下部在螺栓固定下随下剪切垫块同向运动，达到复位的目的。

然而，对于人工复位，需要在每次施加剪切荷载后首先卸去切向荷载、再卸去法向荷载，然后人工将剪断的岩块复位。这种人工复位的测试方式，由于是需要人工操作，不仅不能实现岩石在剪切和复位的往返作用过程中处于恒定的高压渗流应力下，而且法向荷载发生了改变，不是试验所需应力状态；此外，这种复位方式不能实现不同频率、不同波形及不同振幅下的往返剪切，而只能算是单方向剪切荷载下的多次剪切试验，并非动力荷载下的反复剪切试验；这种方式由于每次需要人工复位，人工复位过程因需要卸去法向荷载，必然会因人为对剪切界面的扰动而影响测试结果的可靠性；人工复位过程需要中断试验测试过程，费时费力。对于螺栓固定复位，虽然在复位过程中不需要卸去切向和法向荷载，但是因需要足够大的切向推力荷载才能使岩石上下两部分发生剪切位移，而岩石的上下两部分在第一次剪切荷载施加过程中必然发生压缩变形，从而导致通过螺杆固定施加在岩石上的作用力发生改变，甚至在反向剪切过程中出现错误的切向位移量，并且该错误切向位移量会随剪切次数增加而增大，还可能会因此引起法向荷载偏心而导致测试结果错误；此外，如若在高渗压作用下，岩石的可压缩变形会增大，螺杆固定复位方式会造成更大的试验误差。此外，由于剪切过程中试件上下两部分必然发生相对移动，如何实现剪切过程中法向加载和试件上下两部分相对运动下的渗流密闭，保障深部复杂赋存下的高渗流压力环境，目前仍缺乏有效的实现技术。上述这些难题，严重制约深部复杂赋存环境下的岩体动态反复剪切力学特性研究。

发明内容

本发明的目的是解决现有模拟深地复杂环境下岩体反复剪切过程中受力条件改变及荷载中心偏移等难题，提供一种深地环境下扰动岩体力学测试试验机，其操作简单易行。

本发明采用的技术方案是：模拟深地环境的扰动岩体力学测试试验机，包括剪切压头1，所述剪切压头1包括夹块一1A、夹块二1B和连接座1C，所述夹块一1A位于夹块二1B与连接座1C中间；

所述夹块一1A的一侧设置有凹槽一1A1，所述凹槽一1A1沿夹块一1A竖向由夹块一1A 顶端贯通夹块一1A底端；所述夹块二1B的一侧设置有凹槽二1B1，所述凹槽二1B1沿夹块一1A竖向由夹块二1B顶端贯通夹块二1B底端；所述夹块一1A的凹槽一1A1与夹块二1B的凹槽二1B1开口相对包围形成沿竖向贯通的试样夹持区1D；且夹块一1A与夹块二1B经过一组小液压缸1E对接；所述连接座1C固定于夹块二1B相邻于夹块一1A的另一侧；在连接座 1C上设置有沿水平方向贯穿连接座1C并延伸至夹块一1A与连接座1C相连接一端的圆形定位插槽1C1。

进一步的，所述试样夹持区1D呈方形。