CN113686699A - 一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，包括基板和固定在基板上的试样模具和剪切实验装置；试样模具包括第一底板，第一底板的一端与基板铰接，第一底板上滑动连接有模具侧板；模具侧板的顶端设置有样板架；基板上设置有调节机构，调节机构与第一底板铰接；剪切试验装置包括第二底板，第二底板上固定有相互对称的两个第三侧板和两个第四侧板，第三侧板设置有第一固定装置；任一第四侧板朝向剪切试样的一侧固定有剪切组件。本发明结构简单，能制作各种内部夹角的剪切试样，无需制作后切割，剪切结果更加准确，为研究粗糙裂隙面层状各项异性岩体受力性能提供更加准确的数据支持。

Description

一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置及方法

技术领域

本发明涉及岩体工程领域，特别是涉及一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置及方法。

背景技术

地下岩层多由若干层物理性质各异的岩体组成，在长期地应力作用下，天然岩层的各岩体中广泛存在着裂隙，裂隙化岩体广泛存在于地表浅层，是主要的地下流体渗透介质之一。裂隙本身的几何(如长度、产状和岩桥等)性态、力学特性及位置关系影响着在外荷载下裂隙岩体的变形和强度特性。

在岩体开挖过程中，受到构造应力及人为扰动的影响，岩体之间应力和变形极其复杂，各岩体的微裂纹、孔洞、裂隙和节理发生扩展、发育和贯通过程后形成宏观结构面，从而改变岩石的力学性质，对岩体工程、地下工程的稳定性产生重要的影响，因此需要研究岩体在循环剪切作用下的力学和变形性能。

直接开采地下岩体进行试验，费时费力，无法支撑大规模岩体剪切试验，并且开采的岩层变量众多，外形不易控制，不便于进行剪切试验。而现有技术中，进行岩体剪切试验一般采用模具制作，完成后切割成需要的外形，但是模具制作的岩体模型中岩体角度不易调节；成型后切割也容易引起岩体模型内部应力变化，导致剪切试验结果准确性性下降。因此，亟需一种能够自由调节角度的层状各项异性岩体剪切试验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，包括基板和固定在所述基板上的试样模具和剪切实验装置；

所述试样模具用于制作剪切试样；所述试样模具包括第一底板，所述第一底板的一端与所述基板铰接，所述第一底板上滑动连接有模具侧板，所述模具侧板围成模具腔；

所述模具侧板的顶端设置有样板架；两个所述样板架对称设置；

所述基板上设置有调节机构，所述调节机构与所述第一底板铰接；

所述剪切试验装置包括第二底板，所述第二底板上转动连接有用于放置所述剪切试样的放置板；

所述放置板四周固定有相互对称的两个第三侧板和两个第四侧板，两个所述第三侧板设置有相互对称的第一固定装置；

两个所述第四侧板之间设置有顶板，所述顶板的底面设置有第二固定装置；

任一所述第四侧板朝向所述剪切试样的一侧固定有剪切组件。

优选的，所述模具侧板包括两个第一侧板组件和两个第二侧板组件；两个所述第一侧板组件对称，两个所述第二侧板组件对称；所述第一侧板组件和所述第二侧板组件围成所述模具腔；所述样板架与所述第一侧板组件滑动连接。

优选的，所述第一侧板组件包括与所述第一底板滑动连接的第一侧板和与所述第一底板固接的第一调节板，所述第一侧板远离所述模具腔的一侧固定有第一调节杆，所述第一调节杆穿过所述第一调节板并与所述第一调节板螺纹连接；所述第二侧板组件包括与所述第一底板滑动连接的第二侧板和与所述第一底板固接的第二调节板，所述第二侧板远离所述模具腔的二侧固定有第二调节杆，所述第二调节杆穿过所述第二调节板并与所述第二调节板螺纹连接。

优选的，所述调节机构包括处置固定在所述基板顶面的螺杆，所述螺杆上螺纹连接有移动块，所述移动块的外侧面滑动连接有伸缩杆，所述伸缩杆远离所述螺杆的一端设置有铰接轴，所述铰接轴与所述第一底板铰接。

优选的，所述移动块外侧开设有T型滑槽，所述伸缩杆通过所述T型滑槽与所述移动块滑动连接。

优选的，所述样板架包括两根与所述第一侧板滑动连接的连杆，两个所述连杆的顶端设置有横梁；所述横梁的下端面铰接有若干滑轨；两侧所述横梁下方的所述滑轨对应设置；两侧的所述滑轨之间滑动连接有样板。

优选的，所述样板包括板体，所述板体的截面为波浪形；所述板体的两端固定有板边，所述板边与所述滑轨滑动连接。

优选的，所述第一固定装置包括第一液压缸，所述第一液压缸固定顶在所述第三侧板朝向所述剪切试样的一侧，所述第一液压缸的输出端滑动连接有第一固定板；所述第一固定板与所述剪切试样可拆卸连接。

优选的，所述第一固定板朝向所述第一液压缸的一侧为弧形面，所述弧形面上开设有弧形槽，所述第一液压缸与所述弧形槽限位滑动连接。

一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验方法，试验步骤包括：

a、制作剪切试样；

b、剪切试样转移；

c、剪切试样固定；

d、剪切试样剪切；

e、记录数据。

本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置及方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过设置与基板铰接的第一底板和侧板，侧板上设有样板架，第一底板远离铰接端的一侧设置有调解机构；能控制第一底板与基板的角度，结合样板架和侧板，方便制作外形不同和内部角度不同的剪切试样，无需制作大块试样后切割，降低了切割对剪切试样的影响，数据更准确。

2、本发明通过第一固定装置与放置板配合，可以调节剪切试样在放置板的摆放角度，方便进行不同角度的剪切试验，更加快捷迅速。

本发明结构简单，能制作各种内部夹角的剪切试样，更加快捷、迅速，无需制作后切割，避免了切割对剪切试样内部应力的影响，剪切结果更加准确，为研究粗糙裂隙面层状各项异性岩体受力性能提供更加准确的数据支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置图；

图2为本发明粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置俯视图；

图3为本发明粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置主视图；

图4为本发明剪切实验装置图；

图5为本发明剪切实验装置主视图；

图6为本发明剪切实验装置结构示意图；；

图7为图5中A的局部放大图；

图8为本发明第一固定装置结构示意图；

图9为本发明第一固定板结构示意图；

图10为本发明试样模具的图；

图11为本发明试样模具的俯视图；

图12为本发明试样模具存在夹角时第一种方法的三维图；

图13为本发明试样模具存在夹角时第一种方法的结构示意图；

图14为本发明试样模具存在夹角时第二种方法的结构示意图；

图15为本发明移动块的结构示意图；

图16为本发明样板的图；

图17为本发明样板的截面图；

其中，1、基板；2、剪切试样；3、第一底板；4、角度尺；5、模具腔；6、第二底板；7、放置板；8、第三侧板；9、第四侧板；10、第一固定装置；11、第二固定装置；12、第一侧板组件；13、第二侧板组件；14、螺杆；15、移动块；16、伸缩杆；17、铰接轴；18、T型滑槽；19、连杆；20、横梁；21、滑轨；22、样板；23、第一液压缸；24、第一固定板；25、弧形槽；26、第二液压缸；27、第二固定板；28、剪切液压缸；29、剪切板；30、位移传感器；31、控制面板；32、顶板；701、放置面板；702、转动轴；1201、第一侧板；1202、第一调节杆；1203、第一调节板；1204、第一调节轮；1301、第二侧板；1302、第二调节杆；1303、第二调节板；1304、第二调节轮；2001延长梁；2101、轨道；2102、锁紧装置；2201、板体；2202、板边；2301、液压顶块；2701、上固定板；2702、滚动装置；2703、下固定板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-16，本发明提供一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置及方法，包括基板1和固定在基板1上的试样模具和剪切实验装置；基板1水平固定在工作台面上；

试样模具用于制作剪切试样2；试样模具包括第一底板3，第一底板3的一端与基板1铰接，第一底板3上滑动连接有模具侧板，模具侧板围成模具腔5；模具腔5用柱制作剪切试样2，使用时用混凝土在模具腔5内浇筑处剪切试样2即可；第一底板3的一端与基板1铰接的轴线上固定有角度尺4，角度尺4固定在基板1上，当第一底板3以交接点为轴转动时，角度尺4能显示第一底板3和基板1的夹角，方便控制剪切试样2成品的分层角度；

模具侧板的顶端设置有样板架；两个样板架对称设置；样板架用于固定样板22，用于在浇筑剪切试样2时做出分层效果；

基板1上设置有调节机构，调节机构与第一底板3铰接；调节机构用于调节第一底板3转动的角度，并在达到预定的角度后进行固定，防止第一底板3和基板1的夹角变动。

进一步优化方案，模具侧板包括两个第一侧板组件12和两个第二侧板组件13；两个第一侧板组件12对称，两个第二侧板组件13对称；第一侧板组件12和第二侧板组件13围成模具腔5；样板架与第一侧板组件12滑动连接；第一侧板组件12包括与第一底板3滑动连接的第一侧板1201和与第一底板3固接的第一调节板1203，第一侧板1201远离模具腔5的一侧固定有第一调节杆1202，第一调节杆1202穿过第一调节板1203并与第一调节板1203螺纹连接；第二侧板组件13包括与第一底板3滑动连接的第二侧板1301和与第一底板3固接的第二调节板1303，第二侧板1301远离模具腔5的二侧固定有第二调节杆1302，第二调节杆1302穿过第二调节板1303并与第第二调节板1303螺纹连接；第一侧板1201和第二侧板1301都是独立设置的，转动转动第一调节杆1202，第一调节杆1202和与之螺纹连接的第一调节板1203的位置偏移，带动与第一调节杆1202固定的第一侧板1201在第一底板3上滑动，调节模具腔5的宽度；转动第二调节杆1302，改变第二调节杆1302在第二调节板1303的位置，进而带动第二侧板1301在第一底板3上滑动，调节模具腔5的长度；使用时，先设计好剪切试样2的尺寸，然后对称调节第一侧板1201和第二侧板1301，使第二侧板1301滑入两个第一侧板1201的间隙内，最终两个第一侧板1201将两个第二侧板1301夹紧，形成密闭的模具腔5。

进一步的，为了方便对第一调节杆1202和第二调节杆1302进行控制，第一调节杆1202的末端固定有第一调节轮1203，第二调节杆1302的末端内固定有第二调节轮1303。

进一步优化方案，调节机构包括处置固定在基板1顶面的螺杆14，螺杆14上螺纹连接有移动块15，移动块15的外侧面滑动连接有伸缩杆16，伸缩杆16远离螺杆14的一端设置有铰接轴17，铰接轴17与第一底板3铰接；移动块15外侧开设有T型滑槽18，伸缩杆16通过T型滑槽18与移动块15滑动连接；转动与螺杆14螺纹连接的移动块15，移动块15在螺杆14上进行上下位移，带动伸缩杆16一同上下运动，伸缩杆16的另一端通过铰接轴17与第一底板3铰接，因此伸缩杆16在上下移动的过程中，带动第一底座以第一底板3与基板1铰接的轴为圆心转动，使第一底座和基板1的夹角改变，进而调节浇筑出的剪切试样2的夹角；T型滑槽18与伸缩杆16滑动连接，使伸缩杆16仅会通移动块15上下运动，而不会随移动块15的转动而转动，一直保持与第一底座的连接关系。

进一步的，为了使移动块15不与基板1干涉，在螺杆14的与基座1的基础位置设置有凹槽，凹槽的面积大于移动块15的面积。

进一步优化方案，样板架包括两根与第一侧板1201滑动连接的连杆19，两个连杆19的顶端设置有横梁20；横梁20的下端面铰接有若干滑轨21；两侧横梁20下方的滑轨21对应设置；两侧的滑轨21之间滑动连接有样板22；两个连杆19滑动连接在第一侧板1201上，一端伸入第一侧板1201内，露在第一侧板1201外的连杆19长度可以调节，进而调节横梁20的高度；横梁20的下方铰接有若干滑轨21，相邻滑轨21之间的距离相等，两个衡量下相对应的滑轨21用于固定一块样板22；使用时，将若干样板22按照设计好的数量和间隔固定在两个横梁20对应的滑轨21上，然后调节连杆19的高度，使样板22的底面与模具腔5的底面接触，然后在相邻的样板22之间第一次浇筑混凝土，带第一次浇筑的混凝土凝固后，取下样板22，然后在原来样板22的位置第二次浇筑混凝土，带第二次浇筑的混凝土干燥后，即可获得剪切试样2。

进一步的，横梁20两个端部内均设置有延长梁2001，延长梁2001靠近横梁20端部的一端与横梁20固接，延长梁2001的另一端与横梁20的内腔滑动连接，延长梁2001用于在制作内部分层有夹角的剪切试样2时，调节横梁20的长度，进而调节横梁20下滑轨21的角度。

进一步的，所述横梁20的下方开设有限位槽，连杆19的顶端与限位槽滑动连接；当通过延长梁2001延长横梁20时，横梁20延长的一端的下端面通过限位槽与连杆19的顶端滑动，使连杆19始终支撑着横梁20。

进一步的，滑轨21与横梁20的铰接点处设置有锁紧装置2102，使用前，将锁紧装置2102松开，使滑轨21处于只有偏转状态，滑轨21恒定垂直于基板1，当调节机构带动第一底板3与基板1的夹角偏移时，滑轨21由于重力影响，依然与基板1垂直，达到预定的夹角后，通过锁紧装置2102将滑轨21与横梁20锁定，防止浇筑时，混凝土压迫样板22，使样板22发生偏移，影响浇筑的精度，此时浇筑即可得到夹角不同的剪切试样2。

进一步的，滑轨21包括两个相互对称的轨道2101，轨道2101的截面为折角形，折角方向相对，使用时，样板22的边缘固定在两个对称的轨道2101之间，有轨道2101将样板22夹紧。

进一步的，第二次浇筑时，若是将样板22一次性全部撤出，由于第一次浇筑的水泥强度还没有达到最大值，第二次浇筑的混凝土容易压迫第一次浇筑的混凝土，使第一次浇筑的混凝土发生变形，引起剪切试样2精度降低；因此取出样板22时分两次取出，第一次间隔一个样板22取出一个样板22，然后进行第二次浇筑，带第二次浇筑的混凝土凝固后，再将剩余的样板22取出，并进行第三次浇筑，最终直到第三次浇筑的混凝土完全凝固后，再将剪切试样2取出。

进一步的，第一次浇筑的混凝土与第二次浇筑的混凝土的标号不同，进而强度不同，用于模拟不同强的的层状各项异性岩体；第三次浇筑的混凝土的标号与第二次浇筑的混凝土的标号相同，最终的得到的剪切试样2为一层强度高一层强度低的间隔层状结构。

进一步优化方案，样板22包括板体2201，板体2201的截面为波浪形；板体2201的两端固定有板边2202，板边2202与滑轨21滑动连接；板体2201的截面为波浪形，波浪形的波峰与波谷高度根据需要进行设计，用于模拟层状各项异性岩体之间的摩擦力；板边2202用于与滑轨21连接，方便滑动；滑轨21的两个轨道2101将板边2202夹持在中间，防止样板22晃动，影响浇筑出剪切试样2的精准性。

进一步的，样板22的高度高于模具腔5的高度，便于第一底座和基板1存在夹角对的时候调节样板22的位置。

剪切试验装置包括第二底板6，第二底板6上转动连接有用于放置剪切试样2的放置板7；使用时，剪切试样2摆放在放置板7上；

放置板7四周固定有相互对称的两个第三侧板8和两个第四侧板9，两个第三侧板8设置有相互对称的第一固定装置10；

进一步的，为了方便剪切试样2放到放置板7上，第四侧板9的高度高于第三侧板8，二者的高度差不小于剪切试样2的尺寸，防止剪切试样2时，剪切试样2从第三侧板8的上方进入剪切装置内部，直到放置板7上。

进一步的，放置板7包括放置面板701，放置面板701的顶面用于放置剪切试样2，放置面板701的下端面固定有转动轴702，转动轴702与第二底板6转动连接。

两个第四侧板9之间设置有顶板32，顶板32的底面设置有第二固定装置11，第二固定装置11用于从顶部方向固定剪切试样2；

任一第四侧板9朝向剪切试样2的一侧固定有剪切组件，剪切组件用于对剪切试样2施加剪切力，从而完成剪切试验；

进一步优化方案，第一固定装置10包括第一液压缸23，第一液压缸23固定顶在第三侧板8朝向剪切试样2的一侧，第一液压缸23的输出端滑动连接有第一固定板24；第一固定板24与剪切试样2可拆卸连接；第一固定板24朝向第一液压缸23的一侧为弧形面，弧形面上开设有弧形槽25，第一液压缸23与弧形槽25限位滑动连接；剪切试样2摆放到放置板7上后，启动两个第一液压缸23，第一液压缸23的输出端推动第一固定板24向剪切试样2运动，直到两个第一固定板24将剪切试样2夹紧，然后关闭第一液压缸23；剪切试验完成后，再次启动第一液压缸23，将第一固定板24回收；松开夹紧的剪切试样2即可；第一固定板24朝向第一液压缸23的侧边为弧形边，弧形边内弧形滑槽，弧形槽25的底部到弧形边的距离相等，第一液压缸23的。

进一步的，第一液压缸23位于弧形槽25内的一端设置有液压顶块2301，当不需要第一液压缸23与第一固定板24之间相互偏移时，液压顶块2301弹出，顶紧在弧形槽25内，使第一液压缸23和第一固定板24之间固定死；当需要第一液压缸23与第一固定板24之间相互偏移时，液压顶块2301回收，第一液压缸23在弧形槽25内自由滑动。

进一步的，第二固定装置11包括第二液压缸26，第二液压缸26的固定在顶板32的下端面，第二液压缸26的输出端固定有第二固定板27，用于在竖直方向上固定。

进一步的，剪切组件包括剪切液压缸28，剪切液压缸28固定在任意一个第四侧板9上；剪切液压缸28的输出端固定有剪切板29，剪切板29与剪切试样2接触，用于将剪切液压缸28的剪切力传导给剪切试样2。

进一步的，为了方便测量剪切过程中的形变，剪切板29和第二固定板27上分别设置有位移传感器30。

进一步的，为了防止第一固定装置10对剪切试验结果造成影响，剪切液压缸28的高度高于第一液压缸23。

进一步的，为了防止第二固板27定施加垂向固定力时，第二固定板27与剪切试样2的摩擦力影响剪切试样2的形变量，第二固定板27分为相互平行的上固定板2701和下固定板2703，上固定板2701的顶面与第二液压缸26固接，下固定板2703的底面与剪切试样2接触；上固定板2701和下固定板2703之间设置有滚动装置2702，用于将上固定板2701与下固定板2703之间的滑动摩擦力转变成滚动摩擦力，降低摩擦力对剪切试验的影响；使用时，当剪切板29对剪切试样2施加剪切力，剪切试样2发生变形时，下固定板2703与剪切试样2一同位移，上固定板2701位置不变，将剪切试样2与第二固定板27之间的滑动摩擦力转变成上固定板2701和下固定板2703之间的滑动摩擦力，大大减低了摩擦力对剪切试验结果的影响，也不会降低第二固定板27对剪切试验的固定效果。

进一步的，滚动装置2702选用滚珠或滚柱。

进一步的，为了方便进行控制和读取试验结果，转动轴702、第一液压缸23、第二液压缸26、第三液压缸以及位移传感器30均与控制面板31电性连接，控制面板31安装到适于远程操控的位置。

一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验方法，试验步骤包括：

a、制作剪切试样2；根据设计要求，确定剪切试样2外形的大小和分层的夹角以及各夹层的强度，并预备对应强度的混凝土，当设计的剪切试样2存在角度时，第一种方法是通过第一调节轮1203和第二调节轮1303调节第一侧板1201和第二侧板1301的位置，最终使第一侧板1201和第二侧板1301结合成预定尺寸的模具腔5；然后转动移动块15，使移动块15在螺杆14上升高，通过伸缩杆16带动第一底板3转动，通过角度尺4确认夹角，直到达到预定的夹角。从第一侧板1201的顶面拉出连杆19，调节横梁20的高度，然后松开锁紧装置2102，使滑轨21自由垂直，然后再次将锁紧装置2102锁紧；将若干样板22固定到相对的滑轨21之间，使样板22的底面低于滑轨21的底面，然后调节连杆19的高度，使样板22的底边与第一底板3接触，完成模具的制作。

第二种方法是从第一侧板1201的顶面拉出连杆19，调节横梁20的高度，将滑轨21伸入模具腔5内，并将滑轨21的下端与模具腔5得侧壁固定，使滑轨21能围绕固定点转动，但是其相对位置不会变化；然后通过延长梁2001来调节横梁20的长度，使横梁20带动滑轨21的上端平移，使滑轨21的方向偏移，与模具腔5的顶面形成夹角；达到预定角度后，通过锁紧装置2102将滑轨21的顶面锁紧，将角度固定，将若干样板22固定到相对的滑轨21之间，使样板22的底面低于滑轨21的底面，然后调节连杆19的高度，使样板22的底边与第一底板3接触，完成模具的制作。

向相邻样板22之间的孔隙浇筑第一种强度的混凝土，并轻微振动，使混凝土不存在空泡，完成第一次混凝土浇筑；待到第一次浇筑的混凝土凝固定型后，每间隔一个样板22取下一个样板22，然后向孔隙内浇筑第二强度的混凝土，并轻微振动，使混凝土不存在空泡，也不会压力过大导致第一次浇筑的混凝土变形，完成第二次浇筑；待到第二次浇筑的混凝土凝固定型后，再次将剩余的样板22取下，然后将空余的缝隙内再次浇筑第二强度的混凝土，并轻微振动，使混凝土不存在空泡，也不会压力过大导致第一次浇筑的混凝土变形，完成第三次浇筑，即可完成剪切试样2的浇筑。

b、转移剪切试样2；待到三次浇筑的混凝土全部变硬后，反向转动第一调节轮1203和第二调节轮1303，使第一侧板1201和第二侧板1301向第一底板3的边缘移动，将模具腔5打开，即可取下剪切试样2，并将剪切试样2的顶部稍作打磨。取下后清理试样模具山沾到的混凝土以待下次使用。

c、固定剪切试样2；将取下的剪切试样2从第三侧板8的上方放入到放置面板701上，然后通过转动轴702转动放置面板701，使剪切试样2的侧面与第一固定装置10平行；启动第一液压缸23，通过第一液压缸23的输出端推动第一固定板24，将剪切试样2夹紧；然后启动第二液压缸26，通过第二液压缸26的输出端推动第二固定板27下移，在水平方向上固定剪切时一样；启动剪切液压缸28，通过剪切液压缸28推动剪切板29移动，使剪切板29接触剪切试样2，但不施加剪切力，最后将位移传感器30读数归零，完成剪切试样2的固定。

d、剪切剪切试样2；再次启动剪切液压缸28，通过控制面板31控制剪切液压缸28的剪切力逐步增大，并记录对应剪切力时剪切试样2的形变量，直到剪切试样2断裂损坏。

e、记录数据；将位移传感器30的位移数据和剪切液压缸28的剪切力相互对应，获得压力-位移曲线图。

使用方法：

使用本装置，首先需要根据设计要求，确定剪切试样2外形的大小和分层的夹角以及各夹层的强度，并预备对应强度的混凝土。

当设计的剪切试样2存在角度时，第一种方法是通过第一调节轮1203和第二调节轮1303调节第一侧板1201和第二侧板1301的位置，最终使第一侧板1201和第二侧板1301结合成预定尺寸的模具腔5；然后转动移动块15，使移动块15在螺杆14上升高，通过伸缩杆16带动第一底板3转动，通过角度尺4确认夹角，直到达到预定的夹角。从第一侧板1201的顶面拉出连杆19，调节横梁20的高度，然后松开锁紧装置2102，使滑轨21自由垂直，然后再次将锁紧装置2102锁紧；将若干样板22固定到相对的滑轨21之间，使样板22的底面低于滑轨21的底面，然后调节连杆19的高度，使样板22的底边与第一底板3接触，完成模具的制作。

第二种方法是从第一侧板1201的顶面拉出连杆19，调节横梁20的高度，将滑轨21伸入模具腔5内，并将滑轨21的下端与模具腔5得侧壁固定，使滑轨21能围绕固定点转动，但是其相对位置不会变化；然后通过延长梁2001来调节横梁20的长度，使横梁20带动滑轨21的上端平移，使滑轨21的方向偏移，与模具腔5的顶面形成夹角；达到预定角度后，通过锁紧装置2102将滑轨21的顶面锁紧，将角度固定，将若干样板22固定到相对的滑轨21之间，使样板22的底面低于滑轨21的底面，然后调节连杆19的高度，使样板22的底边与第一底板3接触，完成模具的制作。

向相邻样板22之间的孔隙浇筑第一种强度的混凝土，并轻微振动，使混凝土不存在空泡，完成第一次混凝土浇筑；待到第一次浇筑的混凝土凝固定型后，每间隔一个样板22取下一个样板22，然后向孔隙内浇筑第二强度的混凝土，并轻微振动，使混凝土不存在空泡，也不会压力过大导致第一次浇筑的混凝土变形，完成第二次浇筑；待到第二次浇筑的混凝土凝固定型后，再次将剩余的样板22取下，然后将空余的缝隙内再次浇筑第二强度的混凝土，并轻微振动，使混凝土不存在空泡，也不会压力过大导致第一次浇筑的混凝土变形，完成第三次浇筑，即可完成剪切试样2的浇筑。

待到三次浇筑的混凝土全部变硬后，反向转动第一调节轮1203和第二调节轮1303，使第一侧板1201和第二侧板1301向第一底板3的边缘移动，将模具腔5打开，即可取下剪切试样2，并将剪切试样2的顶部稍作打磨。取下后清理试样模具山沾到的混凝土以待下次使用。

将取下的剪切试样2从第三侧板8的上方放入到放置面板701上，然后通过转动轴702转动放置面板701，使剪切试样2的侧面与第一固定装置10平行；启动第一液压缸23，通过第一液压缸23的输出端推动第一固定板24，将剪切试样2夹紧；然后启动第二液压缸26，通过第二液压缸26的输出端推动第二固定板27下移，在水平方向上固定剪切时一样；启动剪切液压缸28，通过剪切液压缸28推动剪切板29移动，使剪切板29接触剪切试样2，但不施加剪切力，最后将位移传感器30读数归零，完成剪切试样2的固定。

再次启动剪切液压缸28，通过控制面板31控制剪切液压缸28的剪切力逐步增大，并记录对应剪切力时剪切试样2的形变量，直到剪切试样2断裂损坏。

将位移传感器30的位移数据和剪切液压缸28的剪切力相互对应，获得压力-位移曲线图。

本发明结构简单，能制作各种内部夹角的剪切试样，更加快捷、迅速，无需制作后切割，避免了切割对剪切试样内部应力的影响，剪切结果更加准确，为研究粗糙裂隙面层状各项异性岩体受力性能提供更加准确的数据支持。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，其特征在于：包括基板(1)以及固定在所述基板(1)顶面的试样模具和剪切实验装置；

所述试样模具用于制作剪切试样(2)；所述试样模具包括第一底板(3)，所述第一底板(3)的一端与所述基板(1)铰接，所述第一底板(3)上滑动连接有模具侧板，所述模具侧板围成模具腔(5)；

所述模具侧板的顶端设置有样板架；两个所述样板架对称设置；

所述基板(1)上设置有调节机构，所述调节机构与所述第一底板(3)铰接；

所述剪切试验装置包括第二底板(6)，所述第二底板(6)上转动连接有用于放置所述剪切试样(2)的放置板(7)；

所述放置板(7)四周固定有相互对称的两个第三侧板(8)和两个第四侧板(9)，两个所述第三侧板(8)设置有相互对称的第一固定装置(10)；

两个所述第四侧板(9)之间设置有顶板(32)，所述顶板(32)的底面设置有第二固定装置(11)；

任一所述第四侧板(9)朝向所述剪切试样(2)的一侧固定有剪切组件。

2.根据权利要求1所述的粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，其特征在于：所述模具侧板包括两个第一侧板组件(12)和两个第二侧板组件(13)；两个所述第一侧板组件(12)对称，两个所述第二侧板组件(13)对称；所述第一侧板组件(12)和所述第二侧板组件(13)围成所述模具腔(5)；所述样板架与所述第一侧板组件(12)滑动连接。

3.根据权利要求2所述的粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，其特征在于：所述第一侧板组件(12)包括与所述第一底板(3)滑动连接的第一侧板(1201)和与所述第一底板(3)固接的第一调节板(1203)，所述第一侧板(1201)远离所述模具腔(5)的一侧固定有第一调节杆(1202)，所述第一调节杆(1202)穿过所述第一调节板(1203)并与所述第一调节板(1203)螺纹连接；所述第二侧板组件(13)包括与所述第一底板(3)滑动连接的第二侧板(1301)和与所述第一底板(3)固接的第二调节板(1303)，所述第二侧板(1301)远离所述模具腔(5)的一侧固定有第二调节杆(1302)，所述第二调节杆(1302)穿过所述第二调节板(1303)并与所述第二调节板(1303)螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，其特征在于：所述调节机构包括固定在所述基板(1)顶面的螺杆(14)，所述螺杆(14)上螺纹连接有移动块(15)，所述移动块(15)的外侧面滑动连接有伸缩杆(16)，所述伸缩杆(16)远离所述螺杆(14)的一端设置有铰接轴(17)，所述铰接轴(17)与所述第一底板(3)铰接。

5.根据权利要求4所述的粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，其特征在于：所述移动块(15)外侧开设有T型滑槽(18)，所述伸缩杆(16)通过所述T型滑槽(18)与所述移动块(15)滑动连接。

6.根据权利要求5所述的粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，其特征在于：所述样板架包括两根与所述第一侧板(1201)滑动连接的连杆(19)，两个所述连杆(19)的顶端设置有横梁(20)；所述横梁(20)的下端面铰接有若干滑轨(21)；两侧所述横梁(20)下方的所述滑轨(21)对应设置；两侧的所述滑轨(21)之间滑动连接有样板(22)。

7.根据权利要求6所述的粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，其特征在于：所述样板(22)包括板体(2201)，所述板体(2201)的截面为波浪形；所述板体(2201)的两端固定有板边(2202)，所述板边(2202)与所述滑轨(21)滑动连接。

8.根据权利要求1所述的粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，其特征在于：所述第一固定装置(10)包括第一液压缸(23)，所述第一液压缸(23)固定顶在所述第三侧板(8)朝向所述剪切试样(2)的一侧，所述第一液压缸(23)的输出端滑动连接有第一固定板(24)；所述第一固定板(24)与所述剪切试样(2)可拆卸连接。

9.根据权利要求8所述的粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，其特征在于：所述第一固定板(24)朝向所述第一液压缸(23)的一侧为弧形面，所述弧形面上开设有弧形槽(25)，所述第一液压缸(23)与所述弧形槽(25)限位滑动连接。

10.一种粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验方法，根据权利要求1-9任意一项所述的粗糙裂隙面层状各项异性岩体剪切试验装置，试验步骤包括：

a、制作剪切试样(2)；

b、剪切试样(2)转移；

c、剪切试样(2)固定；

d、剪切试样(2)剪切；

e、记录数据。

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