[发明专利]真三轴扰动下岩石结构面分离滚滑式剪切盒及使用方法

说明书

真三轴扰动下岩石结构面分离滚滑式剪切盒及使用方法，包括下盘剪切块；下盘剪切块、含扰动杆的上盘剪切块、分离滚滑式侧向加压板Ⅰ及分离滚滑式侧向加压板Ⅱ交替设置布置于滑动底座上形成试件安装腔，且岩石结构面试件位于试件安装腔内，所述上压头置于岩石结构面试件上表面处，法向变形测量组件安装于上压头与滑动底座之间，切向变形测量组件安装于下盘剪切块和上盘剪切块之间，侧向变形测量组件安装于分离滚滑式侧向加压板Ⅰ和分离滚滑式侧向加压板Ⅱ之间。本发明消除了岩石结构面试件试验时由于剪切错动和法向变形引起的对分离滚滑式侧向加压板的摩擦，同时让剪切盒各部分分开使各方向扰动互不干扰，保证扰动荷载的施加效果。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，特别涉及真三轴扰动下岩石结构面分离滚滑式剪切盒及使用方法。

背景技术

随着人类活动不断向深部地下发展以及对深部资源越来越大的需求，大批深部地下工程不断地兴建、深部资源能源相继开发，如水利水电工程大型地下厂房和引水隧洞、道路深部交通隧道、深部地下核废料处置库、千米深井采矿等。这些深部工程岩体处于真三维应力状态甚至高应力状态，同时工程处在较为复杂的地质环境，岩体中存在大量层理、节理、断裂等结构面，而工程施工中爆破和开挖卸荷等动力扰动作用容易诱发结构面发生破坏，进而引发结构型岩爆、应力结构型塌方等工程灾害。因此，开展真三轴动力扰动下的岩体结构面剪切特征研究至关重要。

目前，岩体结构面剪切特征研究大多集中于静力直剪试验，而静力直剪试验仅能施加法向应力和剪切应力，无法施加侧向应力。真三轴应力条件下岩体结构面静力剪切试验鲜有研究，且相关的三维岩体结构面剪切试验机构尚不能满足研究侧向压力大于法向应力的工况，而真三轴动力扰动下的剪切试验机构更是少有亟待开发。真三轴动力扰动下的剪切试验机构还须克服以下问题：首先，试验时结构面上下盘因剪切变形产生错动引起剪切盒与加载装置较大的滑动摩擦；同时结构面上下盘剪切过程中相互错动和法向的变形，一定程度上造成结构面试件和侧向压块的剪切向和法向的摩擦，由于摩擦力的存在，造成了较大的试验误差；其次，目前的剪切盒的法向和剪切向均为一体式结构，若开展法向或剪切向扰动，需要克服剪切或法向摩擦力，削弱动力扰动本应该作用于岩石的应力；同时，针对单一方向的扰动，会造成对另一方向的扰动影响，造成试验误差。基于此，本发明提供真三轴扰动下岩石结构面分离滚滑式剪切盒及使用方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供真三轴扰动下岩石结构面分离滚滑式剪切盒及使用方法，消除岩石结构面试件试验时由于剪切错动和法向变形引起的对分离滚滑式侧向加压板的摩擦，提高了试验数据的准确性；采用上盘剪切块配合上压头及滑动底座的方式，让各部分分开使得各方向扰动互不干扰。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

真三轴扰动下岩石结构面分离滚滑式剪切盒，包括上压头、下盘剪切块、带有扰动杆的上盘剪切块、分离滚滑式侧向加压板Ⅰ、分离滚滑式侧向加压板Ⅱ、滑动底座、法向变形测量组件、切向变形测量组件、侧向变形测量组件；所述下盘剪切块、上盘剪切块、分离滚滑式侧向加压板Ⅰ及分离滚滑式侧向加压板Ⅱ交替设置布置于滑动底座上形成试件安装腔，且上盘剪切块与下盘剪切块正对设置，分离滚滑式侧向加压板Ⅰ及分离滚滑式侧向加压板Ⅱ正对设置，滑动底座的钢珠夹板Ⅰ上表面放置有岩石结构面试件，且岩石结构面试件位于试件安装腔内，所述上压头置于岩石结构面试件上表面处，所述法向变形测量组件穿过上盘剪切块固定于安装上压头与滑动底座之间，所述切向变形测量组件固定安装于下盘剪切块和上盘剪切块之间，所述侧向变形测量组件穿过上盘剪切块固定安装于分离滚滑式侧向加压板Ⅰ和分离滚滑式侧向加压板Ⅱ之间。

所述上压头正中设有竖直圆孔，竖直圆孔内设有圆柱状T型扰动头。