CN204630810U - 用于模拟危岩体受力破坏的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型用于模拟危岩体受力破坏的试验装置。底座的凹槽内装有外低内高的台阶，底座凹槽的两侧凸起部及背面凸起部装有互相平行的第一、第二、第三、第四导向固定螺柱，各导向固定螺柱上分别装有螺母，上盖装在第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上并能沿第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上、下移动，上盖前部为与底座凹槽上的台阶平齐的棱而两侧及背面下部有围墙式挡板，轴载面形状为楔形的下小上大的加载轴装在加载设备上。本实用新型可以真实反映岩体拉剪破坏的影响因子，以及岩体的破坏形态和应力状态，是进一步研究危岩体破坏机理的基础。本实用新型试验装置设计合理，操作使用方便，适用于模拟各类岩样的断裂试验。

Description

用于模拟危岩体受力破坏的试验装置

技术领域：

本实用新型涉及一种室内用于模拟岩体受力破坏的试验装置，特别是在带有预制裂纹的岩样中使岩样裂纹一侧不同位置受到荷载，模拟危岩体不同破坏情况的试验装置。属岩土工程技术领域。

背景技术：

  断裂力学分析方法是将危岩体中的主控结构面模拟为裂纹，认为各种外界荷载作用下岩体内主控结构面尖端应力场在具有奇异性，当裂纹尖端应力强度因子大于岩体的断裂韧性，裂纹即开始扩展。在裂纹扩展与损害的最基本形式中，最大容许应力与裂纹的尺寸与位置有关。目前，国内外的岩石断裂室内试验有很多，其中V型切口弯曲试件测定断裂韧度的试验应用最广，被国际岩石力学学会测试委员会推举为建议采用的岩石断裂韧度测定方法。这种装置在试验时使裂纹两侧均受到荷载的作用而使裂纹横向扩展，仅用于测量岩石Ⅰ型断裂韧度。

在岩质边坡中，岩体失稳破坏的内因主要与自身重力和平行于临空面的裂纹的贯通程度有关，外因则主要考虑外部荷载的作用。裂纹的贯通程度主要考虑贯通裂纹的长度、宽度和倾角，未贯通裂纹所形成的岩桥长度；岩体自身重力主要考虑岩体重心位置；外部荷载主要考虑岩层间的相互作用。此外岩体所处的临空面也是影响其受力破坏的重要因子。本装置在模拟危岩体受力破坏的试验中，可同时探究分析上述影响因子对其破坏形式和应力状态的影响，还可测量其Ⅰ型断裂韧度。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了提供一种试验中可以考虑裂纹的长度、宽度以及倾角，裂纹与荷载点的相对位置，临空面长度以及岩样间的相互影响等对岩样受力破坏试验结果的影响，可以实现不同应力状态下对带预制裂纹的岩石试样的断裂试验的用于模拟危岩样受力破坏的试验装置。

本实用新型的目的是这样来实现的：

本实用新型用于模拟危岩体受力破坏的试验装置，底座的凹槽内装有外低内高的台阶，底座凹槽的两侧凸起部及背面凸起部装有互相平行的第一导向固定螺柱、第二导向固定螺柱、第三导向固定螺柱、第四导向固定螺柱，各导向固定螺柱上分别装有螺母，上盖装在第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上并能沿第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上、下移动，上盖前部为与底座凹槽上的台阶平齐的棱而两侧及背面下部有围墙式挡板，轴载面形状为楔形的下小上大的加载轴装在加载设备上。

上述的台阶活动位于底座凹槽内。

上述的上盖顶部向上凸起，增加强度。

本实用新型在V型切口弯曲试验基础上，结合岩石断裂力学原理和危岩体受力破坏特征，设计了岩样固定部分，岩样高度调节部分，控制裂纹与荷载点距离部分，岩体临空面模拟部分。岩样固定部分：通过底座、导向固螺定柱、上盖和螺母来实现，可以固定不同预制裂纹的岩样。岩样高度调节部分：将预制好的岩样在底座凹槽内部放置好以后，通过调节上盖与岩样的位置，来适应试验中岩样的不同高度。控制裂纹与荷载点距离部分：通过底座凹槽内部台阶状较低一侧部分来实现荷载点在岩样中的位置变化。岩体临空面模拟部分：底座凹槽内部台阶状存在一定的高度差且台阶可活动，可模拟岩体受力破坏时的临空面，并研究临空面长度对其受力破坏的影响。

本实用新型具有的优点和积极效果：

1.本装置岩样固定部分，可以实现对不同预制裂纹的岩样进行加载试验，可实现不同裂纹情况对危岩体受力破坏的影响；

2.本装置底座可以实现对岩样中裂纹一侧的不同位置进行加载，可得到距裂纹不同位置的加载条件下，荷载对岩样破坏情况的影响；

3.本装置导向螺柱式控制岩样高度，螺母固定的方式，可对不同高度的岩样进行加载试验，适应试验中不同的岩样高度；

  4.本装置活动台阶可模拟岩体受力破坏的临空面，并探究临空面长度对岩体破坏形式的影响；

5.本装置可以真实反映岩体拉剪破坏的影响因子，以及岩体的破坏形态和应力状态，是进一步研究危岩体破坏机理的基础；

6.本装置试验装置设计合理，操作使用方便，适用于模拟各类试样的断裂试验。

附图说明：

图1为本实用新型立体图。

图2为本实用新型主视图。

图3为图2的后视图。

图4为图2的左视图。

图5为图2的右视图。

图6为图2的俯视图。

具体实施方式：

参见图1～图6，用于模拟危岩体受力破坏的试验装置，底座1的凹槽内装有外低内高的活动台阶2。底座凹槽的两侧凸起部及背面凸起部装有互相平行的第一导向固定螺柱3、第二导向固定螺柱4、第三导向固定螺柱5、第四导向固定螺柱6。各导向固定螺柱上分别装有螺母。顶部向上凸起的上盖7装在第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上并能沿第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上、下移动。上盖前部为与底座凹槽上的活动台阶平齐的棱8而两侧及背面下部有围墙式挡板9。轴载面形状为楔形的下小上大的加载轴10装在加载设备上。

底座是为了使其在加载试验过程中装置强度变化相对较小。凸台一是放置和固定岩样，二是改变裂纹与荷载点的相对距离，三是模拟危岩体的临空面；是为了保证试验过程中装置的稳定性；第三、第四导向固定螺柱是主要受力柱，提供岩样裂纹另一侧受力力矩；加载轴呈楔形，近似于线荷载。

    本实用新型在岩石力学试验中的应用：

    本实用新型在岩石力学试验中用于模拟危岩体受力破坏过程以及其他脆性材料的拉剪破坏过程，并研究影响因子对其受力破坏的影响，以及测量Ⅰ型断裂韧度。

具体试验过程的实施：（1）预制岩样：岩样的加工精度、平直度和垂直度均控制在《水利水电工程岩石试验规程》（SL264—2001），试验前对裂纹进行预处理。岩样的处理主要分为两种，一是制备贯通裂纹试样，分为不同的裂纹长度、宽度及倾角；二是制备未贯通裂纹岩样，岩样中岩桥长度不同；（2）装加载轴：楔形加载头上部较宽处与加载设备结合在一起，下部较窄处在试验中与岩样接触；（3）放置岩样：松开螺母，取下上盖，将预制好的岩样放置于底座凹槽内部台阶高的一侧；（4）调整岩样位置：上盖穿过固定柱与岩样接触，调整岩样与上盖的位置，使岩样裂纹一侧部分固定于上盖里面，另一侧部分露出；（5）固定岩样：给固定柱栓螺母，拧紧，使其将岩样完全固定于装置之中；（6）加载：岩样固定于装置之后，将装置放置于加载设备的平台之上，利用设计的楔形加载头进行加载；（7）改变临空面长度：调整可活动台阶的位置，使相同尺寸的岩样处于不同的临空面，其他试验条件相同的情况下重新加载；（7）变换加载位置：重新放置相同尺寸的岩样，其他试验条件相同的情况下，通过底座凹槽内部台阶状较低一侧移动装置的位置，实现对岩样裂纹一侧加载点位置的变化。

  在模拟试验中，其他试验条件相同的情况下，仅改变岩样中裂纹的长度、宽度、倾角和岩桥的长度，相同尺寸的岩样在试验中会出现不同的破坏形式和应力状态，临空面的长度变化以及荷载位置的变化也会对岩样的破坏状态产生一定的影响。因此，脆性材料在装置中进行拉剪破坏试验，通过装置设置不同的试验条件，材料的变形破坏结果有所不同。

在单一危岩块中，危岩块崩落遵循单一宏观链崩落模式，试验中利用预制裂纹与加载点的距离和荷载大小值可计算单一危岩块主控结构面端部的等效弯矩，再根据岩样高度和裂纹长度，通过断裂力学的方法可获得其Ⅰ型断裂韧度。

危岩体主控结构面类比为Ⅰ型裂纹，其端部应力强度因子计算式为：

    

    

    

式中：为应力强度因子 (Ⅰ型断裂韧度)；为危岩等效弯矩；为危岩高度；为危岩主控面裂纹长度。

Claims (3)

1.用于模拟危岩体受力破坏的试验装置，其特征在于底座的凹槽内装有外低内高的台阶，底座凹槽的两侧凸起部及背面凸起部装有互相平行的第一导向固定螺柱、第二导向固定螺柱、第三导向固定螺柱、第四导向固定螺柱、各导向固定螺柱上分别装有螺母，上盖装在第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上并能沿第一、第二、第三、第四导向固定螺柱上、下移动，上盖前部为与底座凹槽上的台阶平齐的棱而两侧及背面下部有围墙式挡板，轴载面形状为楔形的下小上大的加载轴装在加载设备上。

2.如权利要求1所述的用于模拟危岩体受力破坏的试验装置，其特征在于台阶活动位于底座凹槽内。

3.如权利要求1或2所述的用于模拟危岩体受力破坏的试验装置，其特征在于上盖顶部向上凸起。