CN109946175A - 爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置及方法，包括制作试验试块,计算试验试块的初始应力状态，先对试验试块静力边界条件下进行加载，再对试验试块爆破振动模拟荷载条件下进行加载；停止爆破振动，保持试块的垂向荷载，并从该荷载状态开始等时差逐级增加垂向荷载，直至结构面破坏；对结构面进行声波测试，分析爆破振动对于结构面的损失程度；测量结构面抗剪强度参数，获得爆破振动对于结构面抗剪强度的变化规律的影响。本发明能真实直接的反映出爆破振动作用对饱水软弱结构面蠕变现象的影响。

Description

爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置及方法

技术领域

本发明涉及岩土力学领域，尤其涉及一种爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置及方法。

背景技术

蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而不断增加的现象。爆破作为岩体开挖、矿石开采等生产与工程建设的必要手段，在带来巨大效益同时，爆破振动动力扰动效应常常是诱发的边坡岩体失稳灾害发生的重要影响因素。软弱结构面是控制边坡岩体稳定性的重要因素，雨季及春季融雪期边坡饱水状态软弱结构面在爆破振动扰动作用后，随着岩石软弱结构面蠕变增加，极易发生滑移失稳。

目前，针对爆破振动对结构面的影响问题的研究较多，但对于边坡软弱结构面的影响相对较少，且多集中在近区爆炸荷载作用下软弱结构面变形破坏方面；同时缺乏专门针对爆破振动作用后软弱结构面蠕变规律方面的研究。

基于此，针对爆破振动影响下受软弱结构面控制的岩质边坡工程，选取岩质边坡中广泛发育、饱水易软化、受爆破振动影响敏感的岩屑夹泥型软弱结构面为主要研究对象，开展爆破振动作用后饱水岩屑夹泥型软弱结构面(剪切)蠕变规律试验研究，揭示爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变规律，研究成果对于解决边坡爆破工程安全生产问题，指导边坡工程地质灾害的预防及爆破安全控制等技术发展具有重要的实际意义和工程应用价值；对于丰富边坡稳定性预测和评价方法具有重要的理论意义，但目前还没有直接基于此研究的实验装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种研究爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变规律的方法及装置。

本发明解决其技术问题，所采用的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置包含：振动台、试验框架以及反力架，振动台上设置有试验试块固定槽，固定槽上设置有试验试块紧固装置，试验框架的两相对侧壁面上开设有剪切试验孔，其中一个所述侧壁以及顶壁与试验试块之间分别设有一层海绵，试验框架下部固定于振动台台面上且围绕所述试验试块固定槽；试验试块的上层和下层为岩体，正中间层为结构面，剪切试验孔的最小高度不高于结构面的最大高度，且不低于结构面的最小高度；实验框架的顶面上具有正应力施加孔；

正应力施加孔处由下至上以及设有海绵处的剪切试验孔处由内至外依次分别设有：所述海绵、木板层、由多个钢珠排成多行多列所形成的钢珠层以及隔挡板层；所述反力架包括两块竖直设置的竖直架和反力梁，反力梁水平设置且位于试验框架上方，且反力梁固接在竖直架的上方；两块竖直架设置在振动台上且位于试验框架的两侧，并分别与试验框架间隔一定距离；

其中一个竖直架的外侧和反力梁的上方分别设有一个千斤顶，所述其中一块竖直架与反力梁上分别开设有一个通孔，分别用于穿过对应的千斤顶，使得两个千斤顶的荷载能够分别加载到两个隔挡板层上，从而分别向试验试块的上层施加剪应力和正应力；两个通孔的周围分别设有一组弹簧，每组弹簧的一端固定在所处位置处的隔挡板层上，另一端固定在所处位置处的反力架上，弹簧处于压缩状态。

进一步地，本发明的试验框架上设有加速度计、速度计、应变仪、声波测试仪和抗剪强度参数测试装置，加速度计、速度计、应变仪在试验试块的上层和下层的岩体上均设有，用于测量穿过结构面前后速度、加速度以及应力应变变化情况，声波测试仪设在结构面的两侧，用于获得爆破振动对于结构面声波速度传播的影响，抗剪强度参数测试装置用于对试验试块结构面抗剪强度参数测量。

进一步地，本发明的抗剪强度参数测试装置包括拉线式位移传感器、土压力计、数显油压表和动态信号测试分析系统，千斤顶通过分离式油缸驱动，数显油压表连接在千斤顶和分离式油缸之间，土压力计安装在千斤顶的端头，土压力计和数显油压表用于对剪应力和剪切正应力进行对比监测，动态信号测试分析系统连接土压力计，用于读取千斤顶端头应力变化情况，拉线式位移传感器感应剪切位移。

进一步地，本发明的试验框架以及试验试块均为长方体结构。

进一步地，本发明的各竖直架以及反力梁均为平板结构。

进一步地，本发明的反力架、隔挡板层及试验框架为钢材制成。

本发明为解决其技术问题，还提供了一种爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，包含如下步骤：

S1、制作试验试块,试验试块包括结构面、位于结构面上方的上盘岩体和位于结构面下方的下盘岩体；

S2、计算试验试块的初始应力状态，根据计算出初始应力状态，利用上述任一项所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置对试验试块在静力边界条件下进行加载，然后对试验试块在不同爆破振动模拟荷载条件进行加载，然后停止爆破振动；在两种不同的加载情况下分别进行下述步骤S3及S5中的测试；

S3、分别在静力边界条件下，以及爆破振动模拟荷载条件下停止爆破振动后，分别进行下述测试：保持试验试块的垂向荷载，并从该荷载状态开始等时差逐级增加垂向荷载，对试验试块设置不同正应力进行蠕变试验，逐级施加正应力，每加一级坚持一段时间，直至结构面破坏；

S4、对步骤S3得到的结构面进行声波测试，得到不同爆破振动条件下对于结构面的损失程度；

S5、分别在静力边界条件下，以及爆破振动模拟荷载条件下停止爆破振动后，分别进行下述测试：保持试验试块的水平剪切力，并从该水平剪切力开始等时差逐级增加水平剪切力，对试验试块设置不同水平剪切力进行蠕变试验，逐级施加水平剪切力，每加一级坚持一段时间，直至结构面破坏；

S6、对步骤S5得到的结构面进行声波测试，得到不同爆破振动条件下对于结构面的损失程度；

S7、结合步骤S4-S6的结果得到爆破振动作用对饱水软弱结构面蠕变数学定量关系。

进一步地，在本发明的步骤S1具体包括：

S1.1、根据研究选取的试验地点，在断层附近，采用金刚石岩石切割机或风镐剥离结构面岩石，利用岩石切割机切取结构面及其上下盘岩体，并进行位置标记，在岩样脱离母岩前后，用铁丝对含结构面岩样进行捆绑；并用铁铲剥离剔出临近其他结构面充填材料,然后将采集回来的试件加工成标准试验试块，并保证结构面位于试样的正中间部位；

S1.2、根据对加工完成的试验试块上下盘岩体以及结构面进行声波测试，根据声波测试数据对试验试块进行分组，尽量保证试验试块初始状态的一致性；声波测试时，两个岩体与结构面要分层测试，垂向与水平方向都测试，确保每组试块状态一致，更大程度上实现实验中控制单一变量的目的，确保实验结果的准确性；

S1.3、对符合试验要求试验试块进行饱水处理，即在饱水试验前对试验试块进行称重，然后在相同pH值的纯净水里面进行相同时间的浸泡处理，并通过一定时间内的多次称量，直至试验试块总体质量不变或者变化量小于预设值，即完成试验试块的饱水处理，得到符合试验要求的试验试块。

进一步地，在本发明的骤S2具体包括：

试验试块静力边界条件加载：通过分析边坡原型，对试验模型进行分析，然后根据岩体力学和构造力学理论对试验试块初始应力状态进行计算，得到初始应力和初始剪切力；根据初始应力和初始剪切力，得出弹簧的压缩长度，将试验试块通过固定于实验框架后，分别移动竖直架和反力梁至适当位置然后固定，以满足弹簧压缩长度，当弹簧长度固定后，弹簧给隔挡板层固定的压力，则完成了静力边界条件下的加载；

爆破震动模拟荷载条件下的加载是指在静力边界条件加载的步骤上，通过启动振动台进行振动，从而模拟爆破震动环境，通过加载不同振动幅度，持续时间以及频率的荷载来实现对试验试块施加不同爆破振动模拟荷载。

进一步地，在本发明的步骤S5中，所述一段时间是指30秒。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、通过对同一研究地点附近符合试验要求的试验试块进行选取，以及根据初始声波测试结果的分类，保证了试验试块均一性，同时加载波形选取正弦波，更是很大程度的实现了试验控制单一变量的原则；

2、剪切试验装置的改装，避免了试验模型在受到模拟爆破振动波加载后，要进行剪切试验时，对结构面造成二次扰动，从而影响试验数据，同时动态分析系统、拉线式位移传感器、土压力计、数显油压表的配合使用，更是有效的保证了得到的结构面抗剪强度变化规律的可靠性；

3、试验测试系统包含多种测量装置，通过不同测试方面，多角度的研究了不同特性爆破振动荷载对饱水软弱结构面强度渐变劣化规律的影响，试验过程简单可行，且能实现不同特性振动波反复加载，又能在试验过程中对于结构面抗剪强度的测量时避免扰动，从而真实直接的反映出不同特性爆破振动荷载对饱水软弱结构面强度渐变劣化规律影响。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置一实施例的切面示意图。

图2是图1中沿着AA’的俯视图。

图3是试验试块一实施例的结构示意图。

图4是抗剪强度参数测试装置一实施例的示意图。

图5是爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法一实施例的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1以及图2，本实施例的一种爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置包含：振动台2、试验框架3以及反力架(11、12)，振动台2上设置有试验试块固定槽(图中未示出)，固定槽上设置有试验试块紧固装置(图中未示出)，试验框架3的两相对侧面上开设有剪切试验孔3a，其中一个所述侧壁(左侧壁)以及顶壁与试验试块10之间分别设有一层海绵5，试验框架3下部固定于振动台2台面上且围绕所述试验试块10固定槽，试验框架3也固定于振动台2上；试验试块10的上层和下层为岩体102、103，正中间层为结构面101，试验框架3侧面上的剪切试验孔3a的最小高度不高于结构面101的最大高度，且不低于结构面101的最小高度；实验框3的顶面上具有正应力施加孔3b；

正应力施加孔3b处由下至上以及剪切试验孔3a处由内至外依次分别设有：所述海绵5、木板层8、由多个钢珠排成多行多列所形成的钢珠层7以及隔挡板层6；所述反力架(11、12)包括两块竖直设置的竖直架12和反力梁11，反力梁11水平设置且位于试验框架3上方，且反力梁11固接在竖直架12的上方；两块竖直架12设置在振动台2上且位于试验框架3的两侧，并分别与试验框架3间隔一定距离；

其中左竖直架12的外侧和反力梁11的上方分别设有一个千斤顶10，所述其中一块竖直架12与反力梁11上分别开设有一个通孔121、111，分别用于穿过对应的千斤顶10，使得两个千斤顶10的荷载能够分别加载到两个隔挡板层6上，从而分别向试验试块10的上层施加剪应力和正应力；两个通孔121、111的周围分别设有一组弹簧9，每组弹簧9的一端固定在所处位置处的隔挡板层6上，另一端固定在所处位置处的反力架(11、12)上，弹簧9处于压缩状态。

优选地，试验框架3以及试验试块10均为长方体结构，各竖直架12以及反力梁11均为平板结构，反力架(11、12)、隔挡板层6及试验框架3为钢材制成。

弹簧9在靠近剪切试验孔3a及正应力施加孔3b的位置，且分布在孔的两侧，反力梁11和竖直板上预留的剪切试验孔3a和正应力施加孔3b用于加载千斤顶10，利用计算机连接控制施加剪应力和正应力，并将其依次传递给隔档铁板、钢珠层7和木板层8，最后通过海绵5传递给试验试块10，所述隔档铁板隔挡住钢珠层中的钢珠，使钢珠减小摩擦力，所述海绵5起到模拟无反射边界条件的作用，所述振动台2连接R-272水平—垂直双向液压振动系统，通过控制振动台2和试验框架3，对试验试块10加载不同振动强度、持时以及频率的正弦波。钢珠层7加木板层8承托试验试块10，保证在移动试验试块10过程中不会对其有太大的扰动。

试验框架3上设有加速度计31、速度计32、应变仪33、声波测试仪34和抗剪强度参数测试装置35(图中相同形状代表相同的装置)，加速度计31、速度计32、应变仪33在试验试块10的上层和下层的岩体上均设有，用于测量穿过结构面101前后速度、加速度以及应力应变变化情况，声波测试仪34设在结构面101的两侧，用于获得爆破振动对于结构面101声波速度传播的影响，抗剪强度参数测试装置用于对试验试块10结构面抗剪强度参数测量。

参考图4，抗剪强度参数测试装置35包括拉线式位移传感器351、土压力计352、数显油压表353和动态信号测试分析系统354，千斤顶4通过分离式油缸驱动，数显油压表连接在千斤顶4和分离式油缸之间，土压力计252安装在千斤顶4的端头，土压力计352和数显油压表353用于对剪应力和剪切正应力进行对比监测，动态信号测试分析系统连接土压力计，用于读取千斤顶4端头应力变化情况，拉线式位移传感器354感应剪切位移。

参考图5，本实施例的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、制作试验试块,试验试块包括结构面、位于结构面上方的上盘岩体和位于结构面下方的下盘岩体；

断层附近采集符合试验要求的含结构面的岩石试块，并用铁丝对含结构面的岩石试块进行捆绑，捆绑的作用是将岩体与结构面结合在一起，用以模拟实际断层情况。用铁丝进行绑扎，并且每个试块保证绑扎圈数相同，已达到受力状况相同；然后加工成标准试验试块，并保证结构面位于试样的中间部位(优选为正中间部位)，为了方便加工，必要时可以拿掉铁丝；对加工好的试验试块先进行声波测试，再在饱水条件下进行饱水处理。具体的实现方法如下：

S1.1、根据研究选取的试验地点，在断层附近，采用金刚石岩石切割机或风镐剥离结构面岩石，利用岩石切割机切取结构面及其上下盘岩体，并进行位置标记，标记用于确定每一组试样的断层位置，一组试样标记一个同类标记。在岩样脱离母岩前后，用铁丝对含结构面岩样进行捆绑；并用铁铲剥离剔出临近其他结构面充填材料，通过剥离不同位置的结构面材料，为了后期制作不同试块。然后将采集回来的试件加工成标准试验试块，并保证结构面位于试样的正中间部位；

S1.2、根据对加工完成的试验试块上下盘岩体以及结构面进行声波测试，根据声波测试数据对试验试块进行分组，尽量保证试验试块初始状态的一致性；声波测试时，两个岩体与结构面要分层测试，垂向与水平方向都测试，确保每组试块状态一致，更大程度上实现实验中控制单一变量的目的，确保实验结果的准确性；

声波测试仪发出超声波在超声波仪器示波屏上，以横坐标代表声波的传播时间，以纵坐标表示回波信号幅度。对于同一均匀介质，脉冲波的传播时间与声程成正比，因此可由缺陷回波信号的出现判断缺陷的存在，若部分试块声波测试结果与其他多数试块差别较大，则进行剔除。

S1.3、对符合试验要求试验试块进行饱水处理，即在饱水试验前对试验试块进行称重，然后在相同pH值的纯净水里面进行相同时间的浸泡处理，并通过一定时间内的多次称量，直至试验试块总体质量不变或者变化量小于预设值(变化很小)，即完成试验试块的饱水处理，得到符合试验要求的试验试块。

采用模型制作系统制作试验试块，模型制作系统包括采集工具、加工工具、声波测试仪和饱水处理系统，所述采集工具用于获取符合试验条件的试验试块；所述加工工具用于将采集回来的试件加工成标准试验试块；所述声波测试仪用来对多组加工完成的试验试块初始参数进行测量，所述饱水处理系统用于对符合试验要求的试验试块进行饱水处理。

S2、计算试验试块的初始应力状态，根据计算出初始应力状态，利用上述任一项所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置对试验试块在静力边界条件下进行加载，然后对试验试块在不同爆破振动模拟荷载条件进行加载，然后停止爆破振动；在两种不同的加载情况下分别进行下述步骤S3及S5中的测试。

试验试块静力边界条件加载：通过分析边坡原型，对试验模型进行分析，然后根据岩体力学和构造力学理论对试验试块初始应力状态进行计算，得到初始应力和初始剪切力；根据初始应力和初始剪切力，得出弹簧的压缩长度，将试验试块通过固定于实验框架后，分别移动竖直架和反力梁至适当位置然后固定，以满足弹簧压缩长度，当弹簧长度固定后，弹簧给隔挡板层固定的压力，则完成了静力边界条件下的加载；

爆破震动模拟荷载条件下的加载是指在静力边界条件加载的步骤上，通过启动振动台进行振动，从而模拟爆破震动环境，通过加载不同振动幅度，持续时间以及频率的荷载来实现对试验试块施加不同爆破振动模拟荷载。

S3、分别在静力边界条件下，以及爆破振动模拟荷载条件下停止爆破振动后，分别进行下述测试：保持试验试块的垂向荷载，并从该荷载状态开始等时差逐级增加垂向荷载，对试验试块设置不同正应力进行蠕变试验，逐级施加正应力，每加一级坚持一段时间，直至结构面破坏；

S4、对步骤S3得到的结构面进行声波测试，得到不同爆破振动条件下对于结构面的损失程度；

S5、分别在静力边界条件下，以及爆破振动模拟荷载条件下停止爆破振动后，分别进行下述测试：保持试验试块的水平剪切力，并从该水平剪切力开始等时差逐级增加水平剪切力，对试验试块设置不同水平剪切力进行蠕变试验，逐级施加水平剪切力，每加一级坚持一段时间，如30s，直至结构面破坏；

S6、对步骤S5得到的结构面进行声波测试，得到不同爆破振动条件下对于结构面的损失程度；

S7、结合步骤S4-S6的结果得到爆破振动作用对饱水软弱结构面蠕变数学定量关系。

实施例

本发明的实施例提供了研究爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变规律的方法。

试验过程中的系统包括模型制作系统、模型加载系统以及模型测试系统：

a.所述模型制作系统用于制作试验试块，包括采集工具、加工工具、声波测试仪、饱水处理系统和试验框架；所述采集工具用于获取符合试验条件的试验试块，即采用金刚石岩石切割机或风镐剥离结构面岩石，利用岩石切割机切取结构面及其上下层岩石，并进行岩石位置标记，在岩样脱离母岩前后，用铁丝对含结构面岩样进行捆绑；所述加工工具用于即将采集回来的试件加工成标准试验试块，即在标准试验车床上将采集回来的试验试块,安照试验方案设计的尺寸,加工成符合试验要求的试验试块，并保证结构面位于中间部位；所述声波测试仪用来对多组加工完成的试验试块初始参数进行测量，即对每组试验试块结构面进行测试，根据测试结果，对试验试块进行分类，从而尽量保证了试验试块结构面初始状态的一致性。所述饱水处理系统用于对符合试验要求的试验试块进行饱水处理，即在饱水试验前对试验试块进行称重，然后在相同pH值的纯净水里面进行相同时间的浸泡处理，并通过一定时间内的质量多次称量，直至试验试块总体质量不变或者变化量很小，即完成试验试块的饱水处理。所述试验框架用于将试验试块固定在试验振动台上，从而方便振动台对试验试块加载不同振动特性的振动波。

b.所述模型加载系统包括试验试块静力边界条件施加装置、爆破振动模拟荷载施加装置：所述试验试块静力边界条件施加装置用于施加试验试块初始应力状态，包括“铁板+反力梁”作为试验加载的反力系统，铁板底部焊接有一定宽度的角铁，角铁上含有螺栓孔，通过螺栓将试验反力架固定在振动台上，反力梁由一定宽度的铁板组成，与两端的铁板焊接连接在一起，同时在反力梁和试验试块的左侧预留一定宽度的剪切试验孔，用于千斤顶对试验试块施加剪切正应力以及剪应力，并在剪切试验孔附近铁板和反力梁一定范围内焊接个数不同弹簧，通过调节弹簧个数及其与试验试块的距离对试验试块施加静力边界条件，同时在弹簧的另一端为通过焊接连在一起的铁板，并在铁板靠近试验试块一侧焊接有隔档铁板，隔档铁板的作用为隔挡住钢球，钢球的作用为减小在试验过程中，因试验装置接触产生的摩擦力，所述爆破振动模拟荷载施加装置，所述振动台优选连接R-272水平—垂直双向液压振动系统，即通过控制R-272水平—垂直双向液压振动系统和试验框架，对试验试块加载不同振动强度、持时以及频率的正弦波，来试验不同爆破振动波对试验试块爆破振动荷载的加载。

c.所述模型测试系统包括：结构面上下盘岩体加速度计、速度计、应变仪、声波测试仪和抗剪强度参数测试装置，所述构面上下盘岩体加速度计、速度计和应变仪用于测量穿过断层前后速度、加速度以及结构面前后应力应变变化情况，即通过DH5956动态信号测试分析系统连接加速度计、应变计和速度计，DH5956动态信号测试分析系统对通过结构面前后的应力应变、加速度以及速度进行监测，从而获得结构面前后动力响应特征的变化衰减规律；所述声波测试仪用于获得爆破振动对于结构面声波速度传播的影响，即对试验试块结构面试验前和试验后进行声波测试，并记录相关数据。所述抗剪强度参数测试装置用于对试验试块结构面抗剪强度参数测量，包括千斤顶、反力架、DH5956动态信号测试分析系统、拉线式位移传感器、土压力计、智能数显油压表；所述千斤顶用于对剪切试验提供不同大小正应力和剪应力，所述剪切反力架用于为千斤顶提供反力，其由“铁板+反力梁”作为剪切试验的反力系统，铁板底部焊接有一定宽度的角铁，角铁上含有螺栓孔，通过螺栓将试验加载反力系统固定在振动台上，反力梁由一定宽度的铁板组成，与两端的铁板焊接连接在一起；所述拉线式位移传感器用于对剪切试验时剪切位移进行测量，所述土压力计和智能数显油压表用于对剪应力和正应力进行对比监测，数显油压表连接在千斤顶和分离式油缸之间，土压力计放置在千斤顶的端头位置，与DH5956动态信号测试分析系统连接，可随时读取千斤顶端头应力变化情况。

试验框架用于将试验试块固定在试验振动台上，即试验框架由一定厚度的铁板焊接组成，共有5个面，其顶部开放，底部留有螺栓孔，通过螺栓将试验框架固定在振动台上，试验框架水平四周平面高度为试验试块下盘围岩的三分之一左右。

具体试验过程包括以下步骤：

制作试验试块：①研究地点选取为大冶铁矿东露天采场北帮A区边坡F9断层，在断层附近，采集符合试验要求的含结构面的岩石试块，并用铁丝对含结构面岩样进行捆绑；然后将采集回来的试件加工成标准试验试块，并保证结构面位于试样的中间部位；②对加工好的试验试块进行一定饱水条件下的饱水处理。

试验试块的制作具体包括以下几个工序：

a.根据研究选取的试验地点，在断层附近，采用金刚石岩石切割机或风镐剥离结构面岩石，利用岩石切割机切取结构面及其上下层岩石，并进行岩石位置标记，在岩样脱离母岩前后，用铁丝对含结构面岩样进行捆绑；并用铁铲剥离剔出临近其他结构面充填材料,然后将采集回来的试件加工成标准试验试块，并保证结构面位于试样的中间部位；

b.根据对加工完成的试验试块上下盘岩体以及结构面进行声波测试，根据数据对试验试块进行分组，尽量保证试验试块初始状态的一致性。

c.对符合试验要求试验试块进行饱水处理，即在饱水试验前对试验试块进行称重，然后在相同pH值的纯净水里面进行相同时间的浸泡处理，并通过一定时间内的质量多次称量，直至试验试块总体质量不变或者变化量很小，即完成试验试块的饱水处理。得到符合试验要求的应用于不同特性爆破振动荷载对饱水软弱结构面强度渐变劣化规律影响研究的试验试块。

加载试验模型：分为两个部分：①试验试块静力边界条件加载，通过分析边坡原型，对试验模型进行简化分析，然后根据岩体力学、构造力学等理论对试验试块初始应力状态进行计算，并通过调整弹簧的个数及其与试验试块的距离来对试验试块施加初始应力；②试验试块爆破振动模拟荷载加载：在初始应力状态平衡后，通过振动台加载振动强度、持时以及频率的正弦波来实现对试验模型施加爆破振动模拟荷载；③停止爆破振动，保持试块的垂向荷载，并从该荷载状态开始等时差逐级增加垂向荷载，对试验试块设置不同正应力进行蠕变试验，逐级施加正应力，每加一级，坚持30s，从而研究爆破振动荷载作用后饱水软弱结构面蠕变规律；

模型试验测试：通过DH5956动态信号测试分析系统以及加速度计、应变计和速度计，对通过结构面前后的应力应变、加速度以及速度进行监测，从而获得结构面前后动力响应特征的变化衰减规律；通过声波测试仪对结构面前后进行监测，分析声波穿过结构面前后，声波在爆破损伤结构面中传播时的衰减特性；通过自制的新型无扰动应力控制式剪切仪，对每组进行过振动台试验的试验试块进行蠕变试验，从而分析爆破振动荷载作用后软弱结构面蠕变规律。

具体测试为：

a.对试验试块结构面试验前和试验后进行声波测试，根据声波降低原理，通过对声波速度数据进行研究，直观分析爆破振动对于结构面的损失程度；

b.对试验试块结构面前后在试验过程中布置应变片，对试验试块结构面前后应力应变变化情况进行监测，获得爆破振动对于结构面前后应力应变的变化影响；

c.对试验试块结构面前后在试验过程中布置速度计和加速度计，对试验试块结构面前后爆破振动波穿过情况进行监测，获得爆破振动对于结构面前后爆破振动速度传播规律的影响；

d.对试验试块结构面抗剪强度参数测量，对每组试验试块进行剪切试验，每组试验试块共有四个，每个试验试块设置不同爆破荷载，在进行每个试验试块蠕变试验时，逐级施加正应力保持恒定，每加一级，坚持30s，直至试验试块剪断，得到爆破振动对于结构面蠕变规律的影响。

静力边界条件中的加载弹簧与试验试块表面接触时均为海绵与木板的结合，即弹簧在施加静力边界荷载时依次通过弹簧、钢球、木板，然后通过海绵将模拟爆破振动波传递给试验试块，海绵起到了模型试验模拟无反射边界条件的作用；

在进行声波测试、速度、加速度、应力应变测试时，应做到测试位置不变，且多次反复测量，求取平均值，从而保证实验数据的可对比性。

在进行结构面剪切试验时，应做到正应力加载频率的一致性，从而避免加载频率对试验数据的影响。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，包含：振动台、试验框架以及反力架，振动台上设置有试验试块固定槽，固定槽上设置有试验试块紧固装置，试验框架的两相对侧壁面上开设有剪切试验孔，其中一个所述侧壁以及顶壁与试验试块之间分别设有一层海绵，试验框架下部固定于振动台台面上且围绕所述试验试块固定槽；试验试块的上层和下层为岩体，正中间层为结构面，剪切试验孔的最小高度不高于结构面的最大高度，且不低于结构面的最小高度；实验框架的顶面上具有正应力施加孔；

正应力施加孔处由下至上以及设有海绵处的剪切试验孔处由内至外依次分别设有：所述海绵、木板层、由多个钢珠排成多行多列所形成的钢珠层以及隔挡板层；所述反力架包括两块竖直设置的竖直架和反力梁，反力梁水平设置且位于试验框架上方，且反力梁固接在竖直架的上方；两块竖直架设置在振动台上且位于试验框架的两侧，并分别与试验框架间隔一定距离；

其中一个竖直架的外侧和反力梁的上方分别设有一个千斤顶，所述其中一块竖直架与反力梁上分别开设有一个通孔，分别用于穿过对应的千斤顶，使得两个千斤顶的荷载能够分别加载到两个隔挡板层上，从而分别向试验试块的上层施加剪应力和正应力；两个通孔的周围分别设有一组弹簧，每组弹簧的一端固定在所处位置处的隔挡板层上，另一端固定在所处位置处的反力架上，弹簧处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，试验框架上设有加速度计、速度计、应变仪、声波测试仪和抗剪强度参数测试装置，加速度计、速度计、应变仪在试验试块的上层和下层的岩体上均设有，用于测量穿过结构面前后速度、加速度以及应力应变变化情况，声波测试仪设在结构面的两侧，用于获得爆破振动对于结构面声波速度传播的影响，抗剪强度参数测试装置用于对试验试块结构面抗剪强度参数测量。

3.根据权利要求2所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，抗剪强度参数测试装置包括拉线式位移传感器、土压力计、数显油压表和动态信号测试分析系统，千斤顶通过分离式油缸驱动，数显油压表连接在千斤顶和分离式油缸之间，土压力计安装在千斤顶的端头，土压力计和数显油压表用于对剪应力和剪切正应力进行对比监测，动态信号测试分析系统连接土压力计，用于读取千斤顶端头应力变化情况，拉线式位移传感器感应剪切位移。

4.根据权利要求1所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，所述试验框架以及试验试块均为长方体结构。

5.根据权利要求1所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，各竖直架以及反力梁均为平板结构。

6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，反力架、隔挡板层及试验框架为钢材制成。

7.一种爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、制作试验试块,试验试块包括结构面、位于结构面上方的上盘岩体和位于结构面下方的下盘岩体；

S2、计算试验试块的初始应力状态，根据计算出初始应力状态，利用如权利要求1-6任一项所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置对试验试块在静力边界条件下进行加载，然后对试验试块在不同爆破振动模拟荷载条件进行加载，然后停止爆破振动；在两种不同的加载情况下分别进行下述步骤S3及S5中的测试；

S3、分别在静力边界条件下，以及爆破振动模拟荷载条件下停止爆破振动后，分别进行下述测试：保持试验试块的垂向荷载，并从该荷载状态开始等时差逐级增加垂向荷载，对试验试块设置不同正应力进行蠕变试验，逐级施加正应力，每加一级坚持一段时间，直至结构面破坏；

S4、对步骤S3得到的结构面进行声波测试，得到不同爆破振动条件下对于结构面的损失程度；

S5、分别在静力边界条件下，以及爆破振动模拟荷载条件下停止爆破振动后，分别进行下述测试：保持试验试块的水平剪切力，并从该水平剪切力开始等时差逐级增加水平剪切力，对试验试块设置不同水平剪切力进行蠕变试验，逐级施加水平剪切力，每加一级坚持一段时间，直至结构面破坏；

S6、对步骤S5得到的结构面进行声波测试，得到不同爆破振动条件下对于结构面的损失程度；

S7、结合步骤S4-S6的结果得到爆破振动作用对饱水软弱结构面蠕变数学定量关系。

8.根据权利要求7所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，其特征在于，步骤S1具体包括：

S1.1、根据研究选取的试验地点，在断层附近，采用金刚石岩石切割机或风镐剥离结构面岩石，利用岩石切割机切取结构面及其上下盘岩体，并进行位置标记，在岩样脱离母岩前后，用铁丝对含结构面岩样进行捆绑；并用铁铲剥离剔出临近其他结构面充填材料,然后将采集回来的试件加工成标准试验试块，并保证结构面位于试样的正中间部位；

S1.2、根据对加工完成的试验试块上下盘岩体以及结构面进行声波测试，根据声波测试数据对试验试块进行分组，尽量保证试验试块初始状态的一致性；声波测试时，两个岩体与结构面要分层测试，垂向与水平方向都测试，确保每组试块状态一致，更大程度上实现实验中控制单一变量的目的，确保实验结果的准确性；

S1.3、对符合试验要求试验试块进行饱水处理，即在饱水试验前对试验试块进行称重，然后在相同pH值的纯净水里面进行相同时间的浸泡处理，并通过一定时间内的多次称量，直至试验试块总体质量不变或者变化量小于预设值，即完成试验试块的饱水处理，得到符合试验要求的试验试块。

9.根据权利要求7所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

试验试块静力边界条件加载：通过分析边坡原型，对试验模型进行分析，然后根据岩体力学和构造力学理论对试验试块初始应力状态进行计算，得到初始应力和初始剪切力；根据初始应力和初始剪切力，得出弹簧的压缩长度，将试验试块通过固定于实验框架后，分别移动竖直架和反力梁至适当位置然后固定，以满足弹簧压缩长度，当弹簧长度固定后，弹簧给隔挡板层固定的压力，则完成了静力边界条件下的加载；

爆破震动模拟荷载条件下的加载是指在静力边界条件加载的步骤上，通过启动振动台进行振动，从而模拟爆破震动环境，通过加载不同振动幅度，持续时间以及频率的荷载来实现对试验试块施加不同爆破振动模拟荷载。

10.根据权利要求7所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，其特征在于，步骤S5所述一段时间是指30秒。