CN113008701A - 一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置。该装置包括上盒体、下盒体、第一限位机构、第二限位机构和饱水干燥机构，上盒体上下端均敞口，下盒体的上端敞口，上盒体叠放在下盒体上共同形成容纳腔，第一限位机构设置在上盒体上用于调节其内部腔室，第二限位机构设置在下盒体上用于调节其内部腔室，饱水干燥机构包括水管和通风管，水管和通风管均与容纳腔相连通。本发明调整容纳腔以满足不同结构面尺寸试样的需求，剪切尺寸灵活；可以通过水管向容纳腔的样品通水或通过通风管对容纳腔的样品进行干燥，在剪切盒中即可模拟干湿循环状态，进行饱水、干燥状态剪切，实现真正意义上的干湿循环剪切。

Description

一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置。

背景技术

岩体结构面是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带，也有一些学者称之为不连续面或节理。岩体整体的力学性质及其力学作用不仅受岩体组成岩石的特性控制，更主要的是受岩体中的结构面所控制。在工程建设中，工程岩体的物理力学性质、受力之后的变形、破坏特征以及自身内部的完整性、渗透性及应力传递方式等性质均与结构面有着显著的联系，结构面对工程岩体的性质和稳定性起着控制作用。水是造成岩体失稳的一个重要因素，水岩相互作用会导致岩体性质出现一定程度的劣化。随着三峡水库在2008年开始175米试验性蓄水以来，库区水位一直保持在145m～175m之间周期性变化，形成了巨大库岸消落带。随着库水位的升降和降雨，位于水库库岸消落带的岩体长期经受着“干湿循环”的劣化影响，在干湿循环的作用下，结构面的物理力学性质逐渐发生累积性劣化，极易引发各种地质灾害。因此，对于岩体结构面的干湿循环研究就显得至关重要。

结构面与岩石块体相同，也有抗拉强度、抗压强度和抗剪强度之分。但由于结构面的抗拉强度很小，常常可以忽略不计，抗压强度又很大程度上取决于结构面两侧壁岩的性质，与结构面本身关系很小。另外，在工程荷载的作用下，岩体破坏常以沿某些软弱结构面的滑动破坏为主，因此，在岩体力学与工程实践中我们一般很少研究结构面的抗拉强度和抗压强度，重点是研究它的抗剪强度。

岩体结构面的抗剪强度参数一般通过室内直剪试验得到，大多数试验采用的均是小型结构面直剪仪，其不仅便于操作，造价低廉，而且可以得到较好的试验结果，因此被广泛使用，然而，此类直剪仪仍存在着许多不足之处。其中普遍存在的问题之一是结构面试样的尺寸与剪切盒尺寸必须一致的问题。目前我们普遍使用的结构面剪切盒大致有四种，均为固定尺寸，其长宽高分别为150×150×150mm、100×100×100mm、70×70×35mm和50×50×25mm，许多实验室也仅仅只有这四种尺寸的结构面剪切盒。因此这就要求我们在制样过程中必须采用这四种尺寸进行试样切割。但有时由于制样精度、试验时间、取样困难以及位移监测困难等各种问题，我们不得不采用一些其他尺寸的结构面试样或者只能对不符合剪切盒尺寸大小的试样进行二次切割后才能使用，这样不仅费时、费力更重要的是试验结果得不到很好的保证。而且目前开展的结构面干湿循环直剪试验大多是在外部容器中进行饱水与烘干之后将试样重新装入剪切盒中，这样无法实现真正意义上的结构面饱水、干燥状态剪切，无法真正模拟结构面的破坏情况。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种适用不同尺寸结构面的结构面干湿循环直剪试验辅助装置。

本发明的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，包括上盒体、下盒体、第一限位机构、第二限位机构和饱水干燥机构，所述上盒体上下端均敞口，所述下盒体的上端敞口，所述上盒体叠放在所述下盒体上共同形成容纳腔，所述第一限位机构设置在所述上盒体上用于调节其内部腔室，所述第二限位机构设置在所述下盒体上用于调节其内部腔室，所述饱水干燥机构包括水管和通风管，所述水管和通风管均与所述容纳腔相连通。

进一步的，所述上盒体和下盒体均为正方体。

进一步的，所述第一限位机构包括四个第一限位板和至少四个第一伸缩杆，所述上盒体的四个内侧壁至少固定设有一个第一伸缩杆，所述第一伸缩杆一端均垂直固定设置在相对应的所述内侧壁上，所述第一限位板固定设置在所述第一伸缩杆的另一端，所述第一限位板与其对应的内侧壁平行，所述第一限位板设有多个贯穿其的第一通孔。

进一步的，所述第一伸缩杆均包括第一固定杆和第一套筒，所述第一固定杆的一端固定在所述内侧壁上，所述第一套筒套设在所述第一固定杆的另一端，所述第一固定杆的外壁设有外螺纹，所述第一套筒内壁设有与所述外螺纹相配合的内螺纹。

进一步的，所述第二限位机构包括五个第二限位板和至少五个第二伸缩杆，所述下盒体的四个内侧壁和一个内底壁上均至少固定设有一个第二伸缩杆，所述第二伸缩杆一端均垂直固定设置在相对应的所述内侧壁上或内底壁上，所述第二限位板固定设置在所述第二伸缩杆的另一端，所述第二限位板与其对应的内侧壁平行，所述第二限位板设有多个贯穿其的第二通孔。

进一步的，所述第二伸缩杆均包括第二固定杆和第二套筒，所述第二固定杆的一端固定在所述内侧壁或内底壁上，所述第二套筒套设在所述第二固定杆的另一端，所述第二固定杆的外壁设有外螺纹，所述第二套筒内壁设有与所述外螺纹相配合的内螺纹。

进一步的，所述上盒体的侧壁上设有透明水位观察窗。

进一步的，所述上盒体的上端设有挂耳。

本发明的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置克服了传统结构面直剪仪一套剪切盒尺寸只能进行一种结构面尺寸直剪试验的缺陷，满足不同结构面尺寸试样需求，本发明可以根据进行试验的结构面试样尺寸大小，通过第一限位机构、第二限位机构来调整容纳腔以满足不同结构面尺寸试样的需求，剪切尺寸灵活，并且可以设置有侧限与无侧限两种情况；可以通过水管向容纳腔的样品通水或通过通风管对容纳腔的样品进行干燥，在剪切盒中即可模拟干湿循环状态，进行饱水、干燥状态剪切，实现真正意义上的干湿循环剪切，同时还减少了对试样的扰动；操作简单、拆装方便、节约成本和适用面广。

附图说明

图1为本发明的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置的结构示意图；

图2为本发明的下盒体的结构示意图。

1、上盒体；11、挂耳；2、下盒体；3、第一限位机构；31、第一限位板；311、第一通孔；32、第一伸缩杆；321、第一固定杆；322、第一套筒；4、第二限位机构；41、第二限位板；411、第二通孔；42、第二伸缩杆；421、第二固定杆；422、第二套筒；5、饱水干燥机构；51、水管；52、通风管；6、容纳腔。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和2所示，本发明的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，包括上盒体1、下盒体2、第一限位机构3、第二限位机构4和饱水干燥机构5，上盒体1上下端均敞口，下盒体2的上端敞口，上盒体1叠放在下盒体2上共同形成容纳腔6，第一限位机构3设置在上盒体1上用于调节其内部腔室，第二限位机构4设置在下盒体2上用于调节其内部腔室，饱水干燥机构5包括水管51和通风管52，水管51和通风管52均与容纳腔6相连通。

本发明的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置克服了传统结构面直剪仪一套剪切盒尺寸只能进行一种结构面尺寸直剪试验的缺陷，满足不同结构面尺寸试样需求，本发明可以根据进行试验的结构面试样尺寸大小，通过第一限位机构3、第二限位机构4来调整容纳腔6以满足不同结构面尺寸试样的需求，剪切尺寸灵活，并且可以设置有侧限与无侧限两种情况；可以通过水管51向容纳腔6的样品通水或通过通风管52对容纳腔6的样品进行干燥，在剪切盒中即可模拟干湿循环状态，进行饱水、干燥状态剪切，实现真正意义上的干湿循环剪切，同时还减少了对试样的扰动；操作简单、拆装方便、节约成本和适用面广。

上盒体1和下盒体2可以为六面体，例如：可以均为正方体。

第一限位机构3的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，第一限位机构3可以包括四个第一限位板31和至少四个第一伸缩杆32，上盒体1的四个内侧壁至少固定设有一个第一伸缩杆32，第一伸缩杆32一端均垂直固定设置在相对应的内侧壁上，第一限位板31固定设置在第一伸缩杆32的另一端，第一限位板31与其对应的内侧壁平行，第一限位板31设有多个贯穿其的第一通孔311，通过调节第一伸缩杆32的长度，可以实现上盒体1的内部腔室的体积的调节，通过第一通孔311向样品透水透风。

第一伸缩杆32的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，第一伸缩杆32可以均包括第一固定杆321和第一套筒322，第一固定杆321的一端固定在内侧壁上，第一套筒322套设在第一固定杆321的另一端，第一固定杆321的外壁设有外螺纹，第一套筒322内壁设有与外螺纹相配合的内螺纹。在使用时，螺旋第一套筒322，实现第一伸缩杆32的伸长和缩短。

第二限位机构4的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，第二限位机构4可以包括五个第二限位板41和至少五个第二伸缩杆42，下盒体2的四个内侧壁和一个内底壁上均至少固定设有一个第二伸缩杆42，第二伸缩杆42一端均垂直固定设置在相对应的内侧壁上或内底壁上，第二限位板41固定设置在第二伸缩杆42的另一端，第二限位板41与其对应的内侧壁平行，第二限位板41设有多个贯穿其的第二通孔411。通过调节第二伸缩杆42的长度，可以实现下盒体2的内部腔室的体积的调节，通过第二通孔411向样品透水透风。

第二伸缩杆42的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，第二伸缩杆42均包括第二固定杆421和第二套筒422，第二固定杆421的一端固定在内侧壁或内底壁上，第二套筒422套设在第二固定杆421的另一端，第二固定杆421的外壁设有外螺纹，第二套筒422内壁设有与外螺纹相配合的内螺纹。在使用时，螺旋第二套筒422，实现第二伸缩杆42的伸长和缩短。

上盒体1的侧壁上还可以设有透明水位观察窗，通过水位观察窗观察上盒体1内水位情况，水流通过第一通孔311和第二通孔411可以使样品完全处于饱水状态，当水位达到水位观测窗刻度线时，关闭水源；

上盒体1的上端设有挂耳11，以防止上盒体1在剪切过程中滑落，同时水管51和通风管52可以设置在挂耳11处。

本发明的操作方法，包括以下步骤：

S1、首先将需要剪切的结构面下盘试样放入下盒体2中，根据结构面样品尺寸调节第二伸缩杆42长度，将样品固定于预设位置，将装有结构面下盘试样的下盒体2辅助装置装入准备好的下剪切盒中；

S2、将需要剪切的结构面上盘试样放入整体上盒体1中，根据结构面试样尺寸，调节第一伸缩杆32的长度，通过第一伸缩杆32调整四个侧边的限位板将其固定在中心，注意调整上盘的剪切高度位置，调节底内壁对应的第二伸缩杆42的长度，将装有结构面上盘试样的上盒体1装入准备好的上剪切盒中，注意挂耳11位于垂直剪切方向的两条剪切盒侧边；

S3、上下盒体2安装好之后将剪切盒按照直剪试验要求进行安装，并将位移监测装置安装在传感器安装孔中；

S4、饱水过程：将通过水管51向容纳腔6通水，通过水位观察窗观察水位情况，直至试样处于完全饱水状态，关闭水管51；

S5、干燥过程：将水泵与水管51相接，直至无水抽出时，关闭水泵，并将通风管52与风机相连，缓慢通风直至试样处于干燥状态，关闭风机；

S6、启动程序开始进行直剪试验，直剪试验结束之后按要求取出剪切盒，将上下盒体2辅助装置取出，同时调整第一伸缩杆32和第二伸缩杆42的长度使第一限位板31和第二限位板41放松，取出结构面试样即可。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，其特征在于：包括上盒体(1)、下盒体(2)、第一限位机构(3)、第二限位机构(4)和饱水干燥机构(5)，所述上盒体(1)上下端均敞口，所述下盒体(2)的上端敞口，所述上盒体(1)叠放在所述下盒体(2)上共同形成容纳腔(6)，所述第一限位机构(3)设置在所述上盒体(1)上用于调节其内部腔室，所述第二限位机构(4)设置在所述下盒体(2)上用于调节其内部腔室，所述饱水干燥机构(5)包括水管(51)和通风管(52)，所述水管(51)和通风管(52)均与所述容纳腔(6)相连通。

2.如权利要求1所述的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，其特征在于：所述上盒体(1)和下盒体(2)均为正方体。

3.如权利要求2所述的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，其特征在于：所述第一限位机构(3)包括四个第一限位板(31)和至少四个第一伸缩杆(32)，所述上盒体(1)的四个内侧壁至少固定设有一个第一伸缩杆(32)，所述第一伸缩杆(32)一端均垂直固定设置在相对应的所述内侧壁上，所述第一限位板(31)固定设置在所述第一伸缩杆(32)的另一端，所述第一限位板(31)与其对应的内侧壁平行，所述第一限位板(31)设有多个贯穿其的第一通孔(311)。

4.如权利要求3所述的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，其特征在于：所述第一伸缩杆(32)均包括第一固定杆(321)和第一套筒(322)，所述第一固定杆(321)的一端固定在所述内侧壁上，所述第一套筒(322)套设在所述第一固定杆(321)的另一端，所述第一固定杆(321)的外壁设有外螺纹，所述第一套筒(322)内壁设有与所述外螺纹相配合的内螺纹。

5.如权利要求3所述的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，其特征在于：所述第二限位机构(4)包括五个第二限位板(41)和至少五个第二伸缩杆(42)，所述下盒体(2)的四个内侧壁和一个内底壁上均至少固定设有一个第二伸缩杆(42)，所述第二伸缩杆(42)一端均垂直固定设置在相对应的所述内侧壁上或内底壁上，所述第二限位板(41)固定设置在所述第二伸缩杆(42)的另一端，所述第二限位板(41)与其对应的内侧壁平行，所述第二限位板(41)设有多个贯穿其的第二通孔(411)。

6.如权利要求5所述的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，其特征在于：所述第二伸缩杆(42)均包括第二固定杆(421)和第二套筒(422)，所述第二固定杆(421)的一端固定在所述内侧壁或内底壁上，所述第二套筒(422)套设在所述第二固定杆(421)的另一端，所述第二固定杆(421)的外壁设有外螺纹，所述第二套筒(422)内壁设有与所述外螺纹相配合的内螺纹。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，其特征在于：所述上盒体(1)的侧壁上设有透明水位观察窗。

8.如权利要求1-6任一项所述的一种结构面干湿循环直剪试验辅助装置，其特征在于：所述上盒体(1)的上端设有挂耳(11)。

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