CN106018123A - 一种锚固式岩土体原位直剪试验装置 - Google Patents

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吴顺川
任义
李想
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明提供一种锚固式岩土体原位直剪试验装置，属于岩土工程技术领域。该装置包括荷载支架、固定支架、连接套、锚杆、注浆体、垂直液压千斤顶、水平液压千斤顶、剪切盒、滚轴排、枕木、承载板和试坑，荷载支架被固定支架、连接套、锚杆和注浆体锚固在岩土体内，垂直液压千斤顶和水平液压千斤顶位于试坑内，且垂直安置，垂直液压千斤顶上部通过承载板与荷载支架接触。该装置通过将型钢用锚杆锚固于岩土体内为垂直液压千斤顶提供作用反力的方式替代堆载装置，以克服传统原位直剪试验装置堆载不易控制、操作繁琐、容易造成试验结果产生误差的缺点。

Description

一种锚固式岩土体原位直剪试验装置
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，特别是指一种锚固式岩土体原位直剪试验装置。
背景技术
岩土体现场原位试验是通过现场制备试件并对其施加外荷载以求取岩土体力学参数的试验方法。该方法最大优点在于对岩土体扰动小，尽可能地保持了岩土体的天然结构和应力环境状态，使测出的岩土体力学参数更直观、准确。其中，岩土体原位直剪试验作为一种重要的现场原位试验方法，常常应用于国内外大型岩土工程建设中。
国外学者开展岩土体原位直剪试验的时间相对较早。
Bieniawski详细报道了南非煤层矿柱强度变形特性的大型原位直剪试验研究成果(BIENIAWSKI Z T.The effect of specimen size oncompressive strength coal[J].International Journal of Rock Mechanicsand Mining Sciences&Geomechanics Abstracts，1968，5(4)：325-335.)；
Pratt采用美国岩体原位剪切试验标准方法，进行了石英闪长岩的强度特性研究(PRATT H R，BLACK A D，BROWN W S，et al.The effectof specimen size on the mechanical properties of unjointed diorite[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences&Geomechanics Abstracts，1972，9(4)：513-516.)。
在国内，大型岩土体原位直剪试验的研究工作则起步较晚，长江科学院率先在葛洲坝开展了此方面的研究工作(董学晟，田野，邬爱清.水工岩石力学[M].北京：中国水利水电出版社，2004.)。
随着我国岩土工程建设的迅速发展，越来越多的学者相继开展了各类大型岩土工程原位直剪试验的研究工作。目前地面岩土体原位直剪试验中，在采用垂直液压千斤顶对试样施加法向荷载时，需在液压千斤顶上方需设置堆载装置及堆载沙包，以提供垂直液压千斤顶的作用反力。堆载沙包高度需以垂直液压千斤顶施加的反向荷载为准，同时，堆砌荷载还需均匀分布。然而，这两项要求不易控制，实际操作较为繁琐，容易造成试验结果产生误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锚固式岩土体原位直剪试验装置，通过将荷载支架用固定支架、连接套、锚杆、注浆体锚固于岩土体内，为垂直液压千斤顶提供作用反力的方式替代传统原位直剪试验中的堆载装置。
该装置包括荷载支架、固定支架、连接套、锚杆、注浆体、垂直液压千斤顶、水平液压千斤顶、剪切盒、滚轴排、枕木、承载板和试坑，荷载支架被固定支架、连接套、锚杆、注浆体锚固在岩土体内，锚杆穿过荷载支架，锚杆上部通过固定支架和连接套固定，锚杆在荷载支架下方的部分通过注浆体固定；相邻两个注浆体之间设置一个试坑，试坑内垂直安放垂直液压千斤顶和水平液压千斤顶，垂直液压千斤顶上部通过承载板与荷载支架接触，垂直液压千斤顶下部通过承载板与枕木接触，垂直液压千斤顶下方的枕木放置在滚轴排上，滚轴排放置在剪切盒上，剪切盒一侧安放两只枕木，水平液压千斤顶位于剪切盒侧边的两只枕木之间，且位于外侧的枕木通过承载板与试坑内壁接触。
其中，试样放置在剪切盒中，荷载支架采用HW400型钢，固定支架采用HW250型钢，锚杆杆体采用Φ25Ⅱ级螺纹钢，注浆体采用P.O42.5纯水泥浆，水灰比为0.45～0.5；锚杆距离试坑外壁大于1m，锚杆的孔位允许偏差为±5cm，锚杆长度大于5000mm；试坑平面尺寸为5000mm×2000mm，深度1000～1500mm；试样平面尺寸为700mm×700mm方形，高度250mm；且同一试坑内的试样间距大于1.0m。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该装置能够克服传统岩土体原位直剪试验堆载沙包高度与堆砌荷载分布不易控制、实际操作较为繁琐、容易造成试验结果产生误差等缺点；施工简单、可操作性强，与现有岩土体原位直剪试验方法相比，可提供稳定的稳定均布的法向荷载，使试验结果更加可靠，可广泛应用于水利水电、矿山、道路等领域的露天岩土体原位直剪试验研究。
附图说明
图1为本发明的锚固式岩土体原位直剪试验装置结构布置示意图；
图2为应用该装置岩土体原位直剪试验结果。
其中：1-荷载支架；2-固定支架；3-连接套；4-锚杆；5-注浆体；6-垂直液压千斤顶；7-水平液压千斤顶；8-剪切盒；9-滚轴排；10-枕木；11-承载板；12-试样；13-试坑。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的岩土体原位直剪试验堆载沙包高度与堆砌荷载分布不易控制、实际操作较为繁琐、容易造成试验结果产生误差等问题，提供一种锚固式岩土体原位直剪试验装置。
如图1所示，该装置中，荷载支架1被固定支架2、连接套3、锚杆4、注浆体5锚固在岩土体内，锚杆4穿过荷载支架1，锚杆4上部通过固定支架2和连接套3固定，锚杆4在荷载支架1下方的部分通过注浆体5固定；相邻两个注浆体5之间设置一个试坑13，试坑13内垂直安放垂直液压千斤顶6和水平液压千斤顶7，垂直液压千斤顶6上部通过承载板11与荷载支架1接触，垂直液压千斤顶6下部通过承载板11与枕木10接触，垂直液压千斤顶6下方的枕木10放置在滚轴排9上，滚轴排9放置在剪切盒8上，剪切盒8一侧安放两只枕木10，水平液压千斤顶7位于剪切盒8侧边的两只枕木10之间，且位于外侧的枕木10通过承载板11与试坑13内壁接触，试样12放置在剪切盒8中。
如图2为采用锚固式岩土体原位直剪试验装置获取的岩土体抗剪强度试验结果。
具体实施过程为：
1)施工前严格放样试坑13、锚杆4及荷载支架1位置。锚杆4距离试坑13边缘大于1m，孔位允许偏差为±5cm。锚杆4长度大于5000mm，锚杆4杆体采用Φ25Ⅱ级螺纹钢制作。
2)放置荷载支架1，安装锚杆4。锚杆4安装时外露75cm，注浆体5采用P.O42.5纯水泥浆，水灰比为0.45～0.5。
3)注浆体5达到设计强度后，开挖试坑13及试样12。试样12周围至少保留10cm进行人工修整。试坑13平面尺寸为5000mm×2000mm，深度1000～1500mm。试样12平面尺寸为700mm×700mm方形，高度250mm。同一试坑13内的试样12间距大于1.0m。
4)测定滚轴排9)擦系数，安装垂直液压千斤顶6、水平液压千斤顶7及读数仪表。
5)分5级施加法向荷载，待法向变形相对稳定后开始施加横向推力。
6)横向推力按等差数列分8级施加。施加时水平推力连续、均匀，每分钟记录压力表和百分表读数，当变形相对趋于稳定时，方可施加下一级荷载，直至试样12被剪切破坏时终止。
7)试验结束，将试样12翻起，观察剪切面状态，绘制剪切面缺损、起伏情况，并对试样12进行描述，计算试验后的试样12面积。
8)针对同类试样12，按上述方法在不同垂直压力下做三次以上试验，得到三组以上垂直荷载与对应的水平推力读数。
本发明施工简单、可操作性强，与现有岩土体原位直剪试验方法相比，可提供稳定的稳定均布的法向荷载，使试验结果更加可靠，可广泛应用于水利水电、矿山、道路等领域的露天岩土体原位直剪试验研究。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种锚固式岩土体原位直剪试验装置，其特征在于：包括荷载支架(1)、固定支架(2)、连接套(3)、锚杆(4)、注浆体(5)、垂直液压千斤顶(6)、水平液压千斤顶(7)、剪切盒(8)、滚轴排(9)、枕木(10)、承载板(11)和试坑(13)，荷载支架(1)被固定支架(2)、连接套(3)、锚杆(4)、注浆体(5)锚固在岩土体内，锚杆(4)穿过荷载支架(1)，锚杆(4)上部通过固定支架(2)和连接套(3)固定，锚杆(4)在荷载支架(1)下方的部分通过注浆体(5)固定；相邻两个注浆体(5)之间设置一个试坑(13)，试坑(13)内垂直安放垂直液压千斤顶(6)和水平液压千斤顶(7)，垂直液压千斤顶(6)上部通过承载板(11)与荷载支架(1)接触，垂直液压千斤顶(6)下部通过承载板(11)与枕木(10)接触，垂直液压千斤顶(6)下方的枕木(10)放置在滚轴排(9)上，滚轴排(9)放置在剪切盒(8)上，剪切盒(8)一侧安放两只枕木(10)，水平液压千斤顶(7)位于剪切盒(8)侧边的两只枕木(10)之间，且位于外侧的枕木(10)通过承载板(11)与试坑(13)内壁接触。
2.根据权利要求1所述的锚固式岩土体原位直剪试验装置，其特征在于：所述剪切盒(8)中放置试样(12)。
3.根据权利要求1所述的锚固式岩土体原位直剪试验装置，其特征在于：所述荷载支架(1)采用HW400型钢，固定支架(2)采用HW250型钢，锚杆(4)杆体采用Φ25Ⅱ级螺纹钢，注浆体(5)采用P.O42.5纯水泥浆，水灰比为0.45～0.5。
4.根据权利要求1所述的锚固式岩土体原位直剪试验装置，其特征在于：所述锚杆(4)距离试坑(13)外壁大于1m，锚杆(4)的孔位允许偏差为±5cm，锚杆(4)长度大于5000mm。
5.根据权利要求1所述的锚固式岩土体原位直剪试验装置，其特征在于：所述试坑(13)平面尺寸为5000mm×2000mm，深度1000～1500mm。
6.根据权利要求1所述的锚固式岩土体原位直剪试验装置，其特征在于：所述试样(12)平面尺寸为700mm×700mm方形，高度250mm；且同一试坑(13)内的试样(12)间距大于1.0m。
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