CN209513449U - 一种柱状节理强度原位测试结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种柱状节理强度原位测试结构，包括从岩体向下开挖的试验场地以及测试装置；试验场地的边墙挖设为不同倾角；测试装置包括设有传感器的加压活塞、驱动加压活塞的液压油缸、与液压油缸连接的液压油泵以及间隔获取传感器数据的数据采集设备；加压活塞紧贴于试验长度边墙且与试验场地的边墙开挖形状相适配，加压活塞垂直作用于试验场地的边墙。该测试结构能够实现对不同走向柱状节理岩体强度的定量测试，获得不同方向柱状节理岩体代表性强度，并且该结构无需另行采集岩体样本，室外即可测试，方便且准确，所获取的强度数据对于分析岩体力学性质、工程设计具有重要意义。

Description

一种柱状节理强度原位测试结构

技术领域

本实用新型涉及一种柱状节理强度原位测试结构。

背景技术

柱状节理是火山熔岩喷发溢流过程中由于冷却收缩形成的呈不规则或规则形态的原生张性破裂构造，柱状节理多出现于玄武岩，它的形态往往呈一种不太规则的多边形长柱体，且常以六边形为主。在我国西南水电大开发中，如金沙江下游的白鹤滩、溪洛渡、乌东德等水电站，均揭露出大量柱状节理岩体。玄武岩具有坚硬、较完整、抗风化能力强、强度高的特点。然而玄武岩中普遍发育柱状节理，造成岩体的破碎、不完整，导致岩体质量等级的降低，对地下工程中的设计施工都带来了较大的问题。

特别的，柱状节理岩体作为一种特殊结构的岩体，它与其他材料的重大差别是受结构面纵横切割、具有一定结构面的多裂隙体。裂隙岩体内部富含各种缺陷，包括微裂纹、孔隙以及节理裂隙等宏观非连续面，这些存在的缺陷不但大大地改变了岩体的力学性质，而且也严重影响着岩体的渗透特性，既表现出力学性质的各向异性，同时也表现出渗透性质的各向异性。尤其是在柱状节理岩体条件下建设的岩土工程中由于工程的开挖导致柱状节理岩体应力的改变和节理裂隙的扩展，导致柱状节理岩体的强度发生明显变化从而直接影响工程的施工建设和安全运行。

现有的柱状节理性状多采用室内测试。然而柱状节理岩体包含有多组节理且柱体体积较大，受室内试验试样尺寸大小的限制，现场所取的天然岩芯样中很少包含节理，或者只含有一组节理，并不能充分反映出岩体的复杂渗透性，且柱状节理岩体几何性质的多变性，不同岩体节理差异较大，单一的室内试验成果很难反映出现场不同尺度柱状节理岩体强度的变化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种能够实现对大尺度柱状节理岩体强度的原位测试结构，并且能够有效避免开挖扰动对岩体造成的损伤，更加真实地反映出岩体的强度变化规律。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种柱状节理强度原位测试结构，包括从岩体向下开挖的试验场地以及测试装置；试验场地的边墙挖设为不同倾角；测试装置包括设有传感器的加压活塞、驱动加压活塞的液压油缸、与液压油缸连接的液压油泵以及间隔获取传感器数据的数据采集设备；加压活塞紧贴于试验长度边墙且与试验场地的边墙开挖形状相适配，加压活塞垂直作用于试验场地的边墙；试验场地还挖设有沟渠，液压油缸垂直于沟渠边墙放置。

进一步的，试验场地边墙的倾角分别为45°和90°。

进一步的，试验场地开挖深度为2~3m，长度为5~6m，宽度为2~3m。

进一步的，传感器为位移传感器和应力传感器。

进一步的，加压活塞施加的压力保持匀速缓慢增加，且不超过0.5MPa/h。

进一步的，数据采集设备每2~5s采集一次传感器的数据。

进一步的，液压油缸所能提供的最高压力大于30 MPa。

进一步的，液压油缸与液压油泵之间通过进油管和回油管相连。

本实用新型的测试结构能够实现对不同走向柱状节理岩体强度的定量测试，获得不同方向柱状节理岩体代表性强度，比如破坏压力、峰值强度和残余强度；并且该结构无需另行采集岩体样本，室外即可测试，方便且准确，所获取的强度数据对于分析岩体力学性质、工程设计具有重要意义。

附图说明

图1为本实用新型试验场地边墙为45°的结构示意图。

图2为本实用新型试验场地边墙为90°的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

参照附图。由于柱状节理具有明显的松弛破坏效应，因此本实用新型包括从岩体向下开挖的试验场地1以揭露出新鲜的柱状节理以及测试装置，测试装置放于试验场地中。试验场地1的边墙挖设为不同倾角，在本实施例中选用了45°和90°两种。为了方便测试装置的安放，试验场地1开挖深度为2~3m，长度为5~6m，宽度为2~3m。

测试装置包括加压活塞2、驱动加压活塞2的液压油缸3、与液压油缸3连接的液压油泵4以及数据采集设备5。加压活塞2上设有可通过电信号与数据采集设备5连接的位移传感器6和应力传感器7。其中，加压活塞2与试验场地1的边墙开挖形状相适配，即如附图1或2中所示，加压活塞2也被加工成具有45°或90°的端头，从而可以紧贴于试验场地1边墙且在液压油缸3的作用下活塞棒垂直作用于试验场地1的边墙。液压油缸3与液压油泵4之间通过进油管8和回油管9相连。

特别的，加压活塞2施加的压力保持匀速缓慢增加，且不超过0.5MPa/h。数据采集设备5设定为每2~5s采集一次传感器的数据。液压油缸3所能提供的最高压力大于30 MPa。当岩体被破坏时会导致压力的突然下降，此时活塞或者球窝接头失去作用力。通过获得的真实工程尺度的应力-变形曲线可以分析出柱状节理各方向上的破坏压力、峰值强度、残余强度，从而为在节理发育岩体中修建的岩土工程，例如柱状节理岩体，并且工程对于岩体强度有较高的要求，例如水电工程、储油库、核废料储置库等提供有效的岩体强度数据。

应当指出，上述描述了本实用新型的实施例。然而，本领域技术的技术人员应该理解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型范围的前提下本实用新型还会有多种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (8)

1.一种柱状节理强度原位测试结构，其特征在于包括从岩体向下开挖的试验场地以及测试装置；所述试验场地的边墙挖设为不同倾角；所述测试装置包括设有传感器的加压活塞、驱动所述加压活塞的液压油缸、与所述液压油缸连接的液压油泵以及间隔获取所述传感器数据的数据采集设备；所述加压活塞紧贴合于所述试验长度边墙且与所述试验场地的边墙开挖形状相适配，所述加压活塞垂直作用于所述试验场地的边墙 。

2.如权利要求1所述的一种柱状节理强度原位测试结构，其特征在于所述试验场地边墙的倾角分别为45°和90°。

3.如权利要求1所述的一种柱状节理强度原位测试结构，其特征在于所述试验场地开挖深度为2~3m，长度为5~6m，宽度为2~3m。

4.如权利要求1所述的一种柱状节理强度原位测试结构，其特征在于所述传感器为位移传感器和应力传感器。

5.如权利要求1所述的一种柱状节理强度原位测试结构，其特征在于所述加压活塞施加的压力保持匀速缓慢增加，且不超过0.5MPa/h。

6.如权利要求1所述的一种柱状节理强度原位测试结构，其特征在于所述数据采集设备设定为每2~5s采集一次所述传感器的数据。

7.如权利要求1所述的一种柱状节理强度原位测试结构，其特征在于所述液压油缸所能提供的最高压力大于30 MPa。

8.如权利要求1所述的一种柱状节理强度原位测试结构，其特征在于所述液压油缸与所述液压油泵之间通过进油管和回油管相连。