CN110514532A - 一种块体结构面剪切流变测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种块体结构面剪切流变测试装置及方法，装置包括支撑板、支撑柱、套筒、调节螺栓、底板、块体模具、测量单元、限位单元、计算机、控制单元；支撑板分别与四个支撑柱上端铰接；四个支撑柱分别套在套筒内；所套筒上设有调节螺栓；套筒下端与底板固定；块体模具固定在支撑板上；块体模具开口端与支撑板一边边缘齐平；支撑板上固定有限位单元；限位单元用于对块体进行限位；支撑板下设有测量单元；控制单元用于控制限位单元的伸缩；计算机与测量单元、控制单元电连接；所述计算机采集控制单元开启时间，并获取测量单元采集的位移数据，生成位移与滑移时间的曲线。通过上述装置的采集方法可获取块体位移数据，生成位移与滑移时间的曲线。

Description

一种块体结构面剪切流变测试装置及方法

技术领域

本发明属于岩体流变测试领域，特别是一种块体结构面剪切流变测试装置及方法。

背景技术

岩体发育会在其内部形成许多贯通岩体的裂缝，裂隙相互切割，部分裂隙会与隧道开挖所形成的新的临空面相互切割形成会影响整个隧道稳定性的可移动块体。受限于块体形成的地质条件和现有技术手段，目前对于可移动块体稳定分析主要是在计算机上进行模拟仿真而鲜有进行验证试验。

对于流变试验，目前进行的流变实验多是关于岩体自身性质的实验。而且以岩体在拉压状态下的法向流变为主，对于岩体沿结构面的剪切流变进行的较少。而且对于可移动块体的结构面剪切流变没有相关的专门的实验。流变本构方程是位移关于时间的非线性方程，流变方程中的相关参数必须通过试验所测得的数据经过相应的计算才能得到，所以为了得到块体沿结构面剪切流变的本构方程，进行有针对性的剪切流变试验尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种块体结构面剪切流变测试装置及方法，以获得块体结构面的剪切位移随时间的变化情况。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种块体结构面剪切流变测试装置，包括支撑板、支撑柱、套筒、调节螺栓、底板、块体模具、测量单元、限位单元、计算机、控制单元；

所述支撑板分别与四个支撑柱上端铰接；所述四个支撑柱分别套在套筒内；所述套筒上设有调节螺栓，用以调节支撑柱的高度并固定支撑柱；所述套筒下端与底板固定；所述块体模具固定在支撑板上，且与支撑板之间形成一端开口的半封闭空腔，空腔用于放置待测试块体；所述块体模具开口端与支撑板一边边缘齐平；所述支撑板上固定有限位单元；所述限位单元用于对块体模具内的块体进行限位；所述支撑板下设有测量单元，用于测试块体滑动过程中的位移；所述控制单元用于控制限位单元的伸缩；所述计算机与测量单元、控制单元电连接；控制单元启动，限位单元收缩，所述计算机采集控制单元开启时间，并获取测量单元采集的位移数据，生成位移与滑移时间的曲线。

一种块体结构面剪切流变测试方法，包括以下步骤：

步骤1、调节调节螺栓，将支撑板调平，在支撑板上涂覆粘性材料，在块体模具内放置待测块体；通过限位单元对待测块体端部进行限位；

步骤2、调整支撑板倾斜度：调节调节螺栓，使支撑板上的块体模具开口端向下倾斜；

步骤3、通孔控制单元启动限位单元，取消对块体的限位，块体在重力作用下向下产生滑移，测量单元同时采集块体的滑动位移，计算机采集滑移时间和滑动位移，生成滑动位移与滑移时间的曲线。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明最大限度模拟工程中的隧道顶部可移动块体状态，块体通过限位单元限位并可与测量单元同步开始工作，实验误差小。通过块体自身重力的下滑分力为剪切力，不需要额外加载，节约能源。可测量不同角度下的剪切流变状态。

附图说明

图1为本发明实验装置正视图、

图2为本发明实验装置右视图。

图3为本发明实验装置俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

本发明的一种块体结构面剪切流变测试装置，包括支撑板13、支撑柱1、套筒2、调节螺栓6、底板19、块体模具14、测量单元16、限位单元22、计算机、控制单元；

所述支撑板13分别通过铰链9与四个支撑柱1上端铰接；所述四个支撑柱1分别套在套筒2内；所述套筒2上设有调节螺栓6，用以调节支撑柱1的高度并固定支撑柱 1；所述套筒2下端与底板19固定；所述块体模具14固定在支撑板13上，且与支撑板 13之间形成一端开口的半封闭空腔，空腔用于放置待测试块体；所述块体模具14开口端与支撑板13一边边缘齐平；所述支撑板13上固定有限位单元22；所述限位单元用于对块体模具14内的块体进行限位，避免调整角度过程中，块体从模具中滑动；所述支撑板13下设有测量单元16，用于测试块体滑动过程中的位移；所述控制单元用于控制限位单元22的伸缩；所述计算机与测量单元16、控制单元电连接；控制单元启动，限位单元22收缩，块体滑动，计算机采集控制单元开启时间，并获取测量单元16采集的位移数据，生成位移与滑移时间的曲线。

作为一种实施方式，所述测量单元16采用机构位移传感器。

进一步的，所述限位单元22采用电动伸缩杆；所述控制单元设有启动按钮和复位按钮，按动控制按钮，电动伸缩杆收缩，取消对块体的限位，块体从块体模具14的墙体内相对支撑板13产生滑移，同时计算机采集启动按钮启动时间，并通过测量单元16 采集块体随时间的滑动位移。实验完成后，按动复位按钮，电动伸缩杆伸出复位。

作为一种实施方式，所述块体模具14可由两块顶板构成，两块顶板之间拼接固定；两块顶板分别通过合页连接的矩形钢板15，矩形钢板15再通过螺丝锚固在支撑板13 的预留孔洞上。

进一步的，在块体模具14内的支撑板13上涂覆有粘性材料。

基于上述的测试装置，本发明提出了一种块体结构面剪切流变测试方法，包括以下步骤：

步骤1、调节调节螺栓6，将支撑板13调平，在支撑板13上涂覆粘性材料，在块体模具14内放置待测块体；通过限位单元22对待测块体端部进行限位，避免调整支撑板13调整角度过程中，块体发生移动。粘性材料的粘度根据待测块体的环境进行调整，使试验结果更接近工程实际。

步骤2、调整支撑板13倾斜度，根据模拟测量的需要，调整支撑板13不同的倾斜度；调节调节螺栓6，使支撑板13上的块体模具14开口端向下倾斜。

步骤3、通孔控制单元启动限位单元22，取消对块体的限位，块体在重力作用下向下产生滑移，测量单元16同时采集块体的滑动位移，计算机采集滑移时间和滑动位移，生成滑动位移与滑移时间的曲线。

重复上述步骤，即可模拟不同倾斜角度的下块体滑动位移。试验所用的块体有两种获取途径：一是通过测量手段在施工现场识别出可移动块体，记录好块体的信息后，现场取样带回。二是通过计算机模拟出岩体裂隙信息，通过编程搜索出块体。记录块体的节点坐标，按照搜索出的块体的形状，采用模具通过浇筑养护获得实验所需块体。根据所得信息可构建块体沿结构面剪切流变的本构方程。

Claims (5)

1.一种块体结构面剪切流变测试装置，其特征在于，包括支撑板13、支撑柱1、套筒2、调节螺栓6、底板19、块体模具14、测量单元16、限位单元22、计算机、控制单元；

所述支撑板13分别与四个支撑柱1上端铰接；所述四个支撑柱1分别套在套筒2内；所述套筒2上设有调节螺栓6，用以调节支撑柱1的高度并固定支撑柱1；所述套筒2下端与底板19固定；所述块体模具14固定在支撑板13上，且与支撑板13之间形成一端开口的半封闭空腔，空腔用于放置待测试块体；所述块体模具14开口端与支撑板13一边边缘齐平；所述支撑板13上固定有限位单元22；所述限位单元用于对块体模具14内的块体进行限位；所述支撑板13下设有测量单元16，用于测试块体滑动过程中的位移；所述控制单元用于控制限位单元22的伸缩；所述计算机与测量单元16、控制单元电连接；控制单元启动，限位单元22收缩，所述计算机采集控制单元开启时间，并获取测量单元16采集的位移数据，生成位移与滑移时间的曲线。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测量单元16采用机构位移传感器。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述限位单元22采用电动伸缩杆；所述控制单元设有启动按钮和复位按钮，按动控制按钮，电动伸缩杆收缩，取消对块体的限位，，按动复位按钮，电动伸缩杆伸出复位。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述块体模具14可由两块顶板构成，两块顶板之间拼接固定；两块顶板分别通过合页连接的矩形钢板15，矩形钢板15再通过螺丝锚固在支撑板13的预留孔洞上。

5.根据权利要求1-5任一项所述的测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、调节调节螺栓，将支撑板调平，在支撑板上涂覆粘性材料，在块体模具内放置待测块体；通过限位单元对待测块体端部进行限位；

步骤2、调整支撑板倾斜度：调节调节螺栓，使支撑板上的块体模具开口端向下倾斜；

步骤3、通孔控制单元启动限位单元，取消对块体的限位，块体在重力作用下向下产生滑移，测量单元同时采集块体的滑动位移，计算机采集滑移时间和滑动位移，生成滑动位移与滑移时间的曲线。