[发明专利]一种恒定法向刚度条件下含结构面岩石剪切蠕变-冲击试验机及其试验方法

权利要求书

1.一种恒定法向刚度条件下含结构面岩石剪切蠕变-冲击试验机，其特征在于：弹簧、加载系统、含滑块剪切盒、摆锤冲击机构，所述弹簧布设在岩石试样法向方向，根据需求在垫板中间及四角凹槽处布设5个刚度相同弹簧，所述加载系统使岩石试样处于限制性剪切蠕变状态，所述含滑块剪切盒使所述摆锤冲击机构直接作用在岩石试样上，所述摆锤冲击机构对岩石试样进行切向动态冲击；所述加载系统包括顶部限制板、底部限制板、左侧面限制板、右侧面限制架、限位螺母、限制杆、垫板、减摩滚珠、剪切盒限制杆、竖向液压千斤顶、水平液压千斤顶，所述顶部限制板与底部限制板设有圆形槽，所述左侧面限制板、右侧面限制架的顶部、底部设有螺栓，四角位置设有圆形槽，右侧面限制架便于一侧冲击荷载的施加，通过限位螺母将顶部限制板、底部限制板、左侧面限制板、右侧面限制架相连接，并将左侧面限制板、右侧面限制架与底部限制板焊接，限制杆安装在左侧面限制板、右侧面限制架四角位置预留圆形槽内，通过限位螺母进一步加固装置；将竖向液压千斤顶及水平液压千斤顶分别固定在顶部限制板与左侧面限制板上，并连接电机控制箱，提供稳定压力；竖向千斤顶下设置中间及四角带凹槽的垫板，用于安装弹簧，弹簧下部同样设置设置中间及四角带凹槽的垫板，垫板下布置减摩滚珠，减摩滚珠下设置垫板，将含滑块剪切盒设置在垫板下方并与垫板焊接为整体，滑块位于上剪切盒右侧冲击扰动一端，上剪切盒与下剪切盒用于放置岩石试样，上剪切盒两侧与剪切盒限制杆一端相抵接触，剪切盒限制杆另一端与底部限制板焊接，限制上剪切盒右移；下剪切盒与底部限制板中间布设减摩滚珠。

2.根据权利要求1所述的恒定法向刚度条件下含结构面岩石剪切蠕变-冲击试验机，其特征在于：通过设置不同刚度弹簧，可实现不同恒定法向刚度边界条件施加。

3.根据权利要求1所述的恒定法向刚度条件下含结构面岩石剪切蠕变-冲击试验机，其特征在于：含滑块剪切盒，剪切盒由上剪切盒与下剪切盒组成，底面呈正方形，正方形边长155mm，盒深70mm，滑块呈楔形形状，布设在上剪切盒受冲击扰动一侧，滑块一端直接作用在剪切盒内岩石试样上，另一端直接受冲击扰动作用。

4.根据权利要求1所述的恒定法向刚度条件下含结构面岩石剪切蠕变-冲击试验机，其特征在于：所述的摆锤冲击机构包括冲力传递杆、支撑杆、冲击重锤、摆杆、滚动轴承、刻度立杆、横杆、水平尺、位置限制阀、底板，将冲力传递杆放置在支撑杆上，冲力传递杆一端位于剪切盒滑块端，一端位于冲击重锤端；将滚动轴承穿入横杆中，将刻度立杆焊接至底板上，利用位置限制阀将摆杆、刻度立杆、横杆连接为整体，冲击重锤焊接螺栓与摆杆相连接；将水平尺布设在横杆上，利用所述位置限制阀调整横杆水平，调整冲击重锤下落高度，同时调整摆杆长度，使所述重锤击打所述冲力传递杆。

5.根据权利要求1所述的恒定法向刚度条件下含结构面岩石剪切蠕变-冲击试验机，其特征在于：包括信息采集控制系统，所述信息采集控制系统包括电机控制器、电脑、采集仪、应变片、竖向压力传感器、水平压力传感器、冲力传感器、位移传感器、测速仪、千分表，所述竖向液压千斤顶、水平液压千斤顶与所述电机控制器相连，所述竖向压力传感器、水平压力传感器、冲力传感器、位移传感器、应变片与所述采集仪相连，所述采集仪与所述电脑相连。

6.一种恒定法向刚度条件下含结构面岩石剪切蠕变-冲击试验方法，其特征在于，利用如权利要求5所述的恒定法向刚度条件下含结构面岩石剪切蠕变-冲击试验机，包括如下步骤：

1）制作试样，制作边长为150mm的含结构面立方体试样，将试样放置于剪切盒内，使结构面置于预留剪切缝中心；

2）根据要求布设恒定刚度弹簧；

3）利用竖向液压千斤顶施加法向压力，将根据竖向压力传感器测得压力数值，将竖向压力施加至目标荷载值；

4）利用水平千斤顶施加水平剪切力，根据水平剪切力传感器测得压力数值，将水平剪切力施加至目标荷载值，荷载施加完毕；

5）根据所需冲击高度、冲击重锤重量，设置横杆高度、摆杆长度及冲击重锤重量，释放冲击重锤，使冲击重锤打击冲力传递杆，进而通过上剪切盒滑块直接作用在岩石试样上，根据冲力传感器、测速仪记录冲击力及接触时冲击速度；通过千分表记录岩石试样法向位移，通过位移传感器记录试样水平剪切-冲击位移，通过应变片记录试样竖向、水平方向应变。