[发明专利]标准圆柱试样的剪切流变试验夹具及基于其的试验方法

摘要

标准圆柱试样的剪切流变试验夹具，属于岩土工程领域。包括第一外侧夹板、第二外侧夹板、第一内侧夹板、第二内侧夹板、第一垫块及第二垫块，第一垫块及第二垫块之间形成放置标准圆柱试样的容置腔，分别在第一垫块及第二垫块外侧夹设第一内侧夹板及第二内侧夹板，第一内侧夹板和第二外侧夹板的外边侧都为弧形，且位于同一圆的边侧上；第一外侧夹板、第二外侧夹板分别夹设在第一内侧夹板及第二内侧夹板外侧，第一外侧夹板、第二外侧夹板的内边分别与第一内侧夹板及第二内侧夹板外侧相贴合，第一内侧夹板及第二内侧夹板能够在第一外侧夹板、第二外侧夹板内侧旋转，实现内侧夹板与外侧夹板的相对位置的改变；适用于岩石性能的试验研究。 1

主权项

1.标准圆柱试样的剪切流变试验夹具，其特征在于，包括第一外侧夹板、第二外侧夹板、第一内侧夹板、第二内侧夹板、第一垫块及第二垫块，第一垫块及第二垫块之间形成放置标准圆柱试样的容置腔，分别在第一垫块及第二垫块外侧夹设第一内侧夹板及第二内侧夹板，第一内侧夹板和第二外侧夹板的外边侧都为弧形，且位于同一圆形边侧上，第一外侧夹板、第二外侧夹板分别夹设在第一内侧夹板及第二内侧夹板外侧，第一外侧夹板、第二外侧夹板的内边分别与第一内侧夹板及第二内侧夹板外侧相贴合，第一内侧夹板及第二内侧夹板能够在第一外侧夹板、第二外侧夹板内侧旋转，实现内侧夹板与外侧夹板的相对夹角的改变。

2.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，第一垫块与第二垫块的衔接处设置有第一缝隙。

3.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，外侧夹板的侧壁分别设置有螺孔，与螺孔相适配的螺栓穿过螺孔与内侧夹板相接触，实现外侧夹板与内侧夹板以一定角度相互固定。

4.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，第一外侧夹板与第二外侧夹板、第一内侧夹板与第二内侧夹板、第一垫块与第二垫块分别以试样中心为中心呈中心对称分布，试样破坏面与施加应力的夹角为0‑90°。

5.如权利要求4所述的夹具，其特征在于，内侧夹板的外边侧设置有凹槽，相应的，外侧夹板上设置有凸起，凹槽与凸起相适配，且在凹槽上设置有内侧夹板的预留孔，在凸起上设置有外侧夹板的预留孔，通过将固定件穿过内、外侧夹板的预留孔中，以实现内侧夹板与外侧夹板的相对固定。

6.如权利要求4所述的夹具，其特征在于，第一外侧夹板与第二外侧夹板的外围边侧于垂直方向的投影形成正六边形，第一垫块与第二垫块合并形成长方体，第一内侧夹板为内设有垫块容置槽的扇状圆柱。

7.如权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述夹板上设置有量角仪。

8.基于权利要求1至7任意一项所述的夹具进行标准圆柱试样的剪切流变试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.选定标准圆柱试样，并利用第一垫块及第二垫块将其固定放置，且保持第一垫块和第二垫块之间留存有一定缝隙，而后在垫块及试样外部包裹热塑膜，并将包裹好的垫块及试样放置在两块内侧夹板之间并夹紧，在内侧夹板外侧安装外侧夹板，二者以一定夹角进行固定，并将安装好的夹具及试样整体放入岩石力学测试系统中，降下油压仓，设定好温度及加载速率；

B.记录试样与竖直方向的角度θ及温度T，然后不断增加轴压，直至破坏试样，记录此时的轴压值F；取下破坏后的试样，记录其破坏面的面积S；

C.根据上述参数，通过以下公式进行数据处理：

滑动力：T＝Fcosθ      (1)

压力：N＝Fsinθ        (2)

正应力：σ＝N/S        (3)

剪应力：τ＝T/S        (4)

得到法向应力与剪应力的关系，即强度包络线，在强度包络线上选取两组数值带入公式(5)，

τ＝c+σtanφ          (5)

其中，c为粘聚力，为内摩擦角，从而得到出岩石的抗剪强度指标。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤C后还包括步骤D：

通过改变内侧夹板与外侧夹板的相对位置，改变试样与竖直方向的夹角θ后再对内侧夹板与外侧夹板进行固定，和/或改变温度T后，重复步骤B至C，记录在不同试样与竖直方向的夹角θ和/或温度T的条件下的轴压值F及破坏面面积S，计算得到强度包络线及岩石的抗剪强度指标等参数。