[发明专利]一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备及试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备及试验方法，试验设备包括反力框架、法向加载系统、水平加载系统、试验台、剪切盒和水槽；法向加载系统施加从上向下的法向压力，水平加载系统对剪切盒外壁施加剪切力，法向加载系统和水平加载系统均从水槽的外壁穿入水槽内并与水槽的外壁之间密封滑动连接；水槽内注水并配设流速调控系统。试验方法包括1)获取试样工况参数、2)制样、3)调整试验设备、4)注水、5)加压、6)剪切破坏并记录数据、7)泄压、排水并进行数据分析。本发明能够模拟岩石试样所处水下环境真实条件，剪切破坏试验能够获得更真实的试验抗剪参数，对水利工程建设、规划工作的发展和技术革新具有深远意义。

技术领域

本发明涉及岩土工程实验设备领域，尤其涉及一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备及试验方法。

背景技术

我国水资源丰富，随着经济快速发展，城市化工业化进程在不断深入，我国的水利水电工程建设在不断加快，水利水电工程不仅是加快国民经济增长、改善民生的重要途径，也是我们人类不断改善生存环境、适应环境、利用自然环境的手段。

剪切破坏在水利工程和边坡工程中具有普遍性和高危害性，水利水电工程因处于水环境中，所以剪切破坏具有其特殊性。

抗剪强度参数的正确选取，与工程设计有重要的关系，抗剪强度参数，即粘聚力和内摩擦角是岩体工程设计所关注的最重要的工程性质参数，大量的工程实践证明岩体工程的破坏与水的关系密切，随着岩石含水率的增加，不同种类的岩石的抗剪强度参数均会有不同程度的降低，这是加快岩体工程破坏的直接原因之一，因此，研究岩石抗剪强度参数的选取及水岩作用机理对岩体工程的安全有重大意义。

目前，试验室抗剪强度试验主要是地质人员现场取样，试验室人员室内制样，将样品放入水中饱和，饱和完成后放入工作台进行抗剪强度试验，这种试验方法仅仅模拟了含水情况，与实际情况差异较大，无法反应真实的水下环境下的岩石抗剪强度参数。

因而，为了对现场剪切破坏的实际情况进行实验模拟，研究一种可岩石在水中剪切破坏的实验装置将具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备及试验方法，在模拟岩石试样所处水下环境真实条件下进行剪切破坏试验，从而获得更真实的试验抗剪参数，对水利工程建设和规划工作的发展和技术革新具有深远意义。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种模拟真实水下环境中的岩石剪切破坏试验设备，包括反力框架，反力框架内安装有法向加载系统、水平加载系统、试验台和剪切盒，所述试验台上设置水槽，剪切盒放置在水槽内；所述法向加载系统位于试验台上方并对剪切盒内的试样施加从上向下的法向压力，法向加载系统包括顶头朝下的法向千斤顶和连接在法向千斤顶的基座与反力框架之间的滚轴排，所述水平加载系统位于剪切盒的左右两侧并对剪切盒外壁施加剪切力，所述法向加载系统和水平加载系统均从水槽的外壁穿入水槽内，法向加载系统和水平加载系统均与水槽的外壁之间密封滑动连接，水槽外壁为透明材质制成；水槽内注水并配设流速调控系统。

作为本发明的一种优选技术方案，对试样进行剪切破坏试验过程中，所述水槽全封闭且连接有增压系统。

作为本发明的一种优选技术方案，所述法向千斤顶的顶头安装有压盘，剪切盒包括底槽和位于底槽上面的剪切槽，底槽和剪切槽均由侧壁围合而成且上下开口，底槽与剪切槽的侧壁上下对应，压盘与剪切槽内壁之间为间隙配合，压盘与剪切槽内壁的间隙小于等于1cm，法向千斤顶对剪切盒中试样施加的压力为：