[发明专利]基于环剪试验的齿形结构面几何转换方法

说明书

本发明涉及剪切力学特性技术领域，特别涉及基于环剪试验的齿形结构面几何转换方法，包括如下步骤：S1：通过游标卡尺测量获得直剪试样的齿高和齿宽，通过齿高和齿宽反算起伏角θ；S2：根据转换公式换算环形试样的几何参数，转换原则是环形试样中间半径的起伏角θ₂与直线试样的起伏角保持一致，且中间半径对应的单齿的弧形长度与直剪试样的齿宽相等。本发明的有益效果是：此转换方法并不是把直剪齿状结构面等价转化成环形齿状结构面，而是做一种近似的转换，因为环形试样内外径相差不多，所以实际内外径起伏角的差别不大，可以近似的看成相同。因为环剪弧度的特殊性，所以内外半径的差别需要定量确定，才能保证起伏角变化的连续性。

技术领域

本发明涉及剪切力学特性技术领域，特别涉及基于环剪试验的齿形结构面几何转换方法。

背景技术

岩体结构面的剪切力学特性一直为国内外岩石力学及工程地质领域研究的重要科学问题。特别是对岩石边/斜坡而言，外倾结构面的剪切变形及强度特性控制其稳定状态和加固方案选取。目前，锯齿状结构面剪切变形及强度特性的研究主要是通过室内直剪试验开展(以相似材料物理模型试验为主)，主要从宏观上阐述结构面的剪切变形和强度特性。

传统的直剪试验，岩石在受剪过程中剪切面上受力不均匀，且变形具有延迟性，不能准确反映岩石的剪切强度，岩石环剪试验通过对环形试样施加扭力的方式产生剪应力，使得岩石在剪切面上均匀受力且变形均匀。

直剪试验的运动破坏方式与实际岩体破坏方式一致，即破坏运动都成直线。而环剪试验运动成环线。所以如何在环剪试验中研究锯齿状结构面成为环剪试验预待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于环剪试验的齿形结构面几何转换方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于环剪试验的齿形结构面几何转换方法，包括如下步骤：

S1：通过游标卡尺测量获得直剪试样的齿高和齿宽，通过齿高和齿宽反算起伏角θ；

S2：根据转换公式换算环形试样的几何参数，转换原则是环形试样中间半径的起伏角θ₂与直线试样的起伏角保持一致，且中间半径对应的单齿的弧形长度与直剪试样的齿宽相等；根据保证起伏角沿半径连续变化的原则，θ₁和θ₃则可以根据几何原理推算；

S3：若要制备的试样材料是用水泥混凝土，则根据环形试样的几何参数制备对应模具，通过模具浇筑水泥混凝土得到环形齿状试样。

作为本发明的再进一步技术方案是：所述起伏角θ的变化趋势是从外到内逐渐变小的。

作为本发明的再进一步技术方案是：所述起伏角θ的变化由外到内依次为θ1、θ2、θ3，且θ₁＞θ₂＞θ₃。

作为本发明的再进一步技术方案是：所述θ2与直线试样的起伏角相同。

作为本发明的再进一步技术方案是：所述θ1与θ3根据几何原理推算：

x₁＝r₁ sinα，得

同理

x₂＝r₂ sinα，得

x₃＝r₃ sinα，得

θ₂与直线试样的起伏角一致，为已知值，r₂为内外半径的平均值，也为已知值，则