專(zhuān)利名稱(chēng)：大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，適用于尺寸為 10cm 100cm的巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度測(cè)定。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的確定方法主要有直剪試驗(yàn)法、室內(nèi)模型試驗(yàn)法 和經(jīng)驗(yàn)估算方法等。通過(guò)直剪試驗(yàn)，結(jié)合工程地質(zhì)勘測(cè)資料綜合求取結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的方 法為國(guó)內(nèi)巖體力學(xué)工作者所常用。但巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度存在尺寸效應(yīng)，即隨著結(jié)構(gòu)面 尺寸的增大，其抗剪強(qiáng)度存在減少的趨勢(shì)。為了得到穩(wěn)定的巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度，需要對(duì) 不同尺寸的巖體結(jié)構(gòu)面試樣進(jìn)行抗剪強(qiáng)度直剪試驗(yàn)。但目前國(guó)內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)所 采用的中小型儀器測(cè)定巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的試樣尺寸一般小于50cmX50cm，通常采用 30cmX 30cm及10cmX 10cm的小尺寸試樣，而且所采用的直剪儀只能用于單一的試樣尺寸， 因此采用現(xiàn)有的巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度直剪試驗(yàn)儀不能解決巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度尺寸效應(yīng) 的問(wèn)題，也就不能得到穩(wěn)定的抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)。 由于現(xiàn)有的直剪儀不能得到穩(wěn)定的抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)，工程中為了克服現(xiàn)有儀器 的不足，就把得到的抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)人為地折減后(通常采用70%的折減系數(shù))運(yùn)用到 具體的工程巖體中，這種處理方法會(huì)有二種結(jié)果(l)如果單一的直剪試驗(yàn)結(jié)果折減后得 到的抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)比穩(wěn)定的抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)大，把折減后得到的抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù) 應(yīng)用到工程中會(huì)造成計(jì)算的安全系數(shù)高于真實(shí)的工程巖體安全系數(shù)，從而導(dǎo)致工程事故的 發(fā)生。(2)如果單一的直剪試驗(yàn)結(jié)果折減后得到的抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)比穩(wěn)定的抗剪強(qiáng)度力 學(xué)參數(shù)小，把折減后得到的抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)應(yīng)用到工程中會(huì)造成計(jì)算的安全系數(shù)低于實(shí) 際工程巖體的安全系數(shù)，但為了達(dá)到規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)，就需要對(duì)巖體工程進(jìn)行治理，從 而導(dǎo)致工程費(fèi)用增加及周期變長(zhǎng)，造成人財(cái)物的浪費(fèi)。而采用大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀 的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可得到不同尺度的巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)，從而通過(guò)尺寸效應(yīng) 分析可得到穩(wěn)定的巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度力學(xué)參數(shù)，所得試驗(yàn)結(jié)果無(wú)需折減就可直接應(yīng)用到 具體的工程中，故得到的工程巖體安全系數(shù)真實(shí)可靠，具有準(zhǔn)確性高、便于運(yùn)用的優(yōu)點(diǎn)，為 合理評(píng)價(jià)工程巖體的穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有直剪試驗(yàn)儀器只能測(cè)定單一試樣的巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng) 度的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀(或稱(chēng)為直剪儀)的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，利 用該系統(tǒng)可進(jìn)行不同尺度的結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度直剪試驗(yàn)，進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度尺寸效應(yīng) 的變化規(guī)律和穩(wěn)定閾值。 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的技術(shù)方案為 —種大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括n塊底墊板和n塊側(cè)墊 板，其中，n為自然數(shù)，且1《n《9， n塊底墊板依照面積大小從上到下依次疊加形成底墊板組件，所述底墊板組件的上部的面積等于大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的下部試樣底面的 面積，所述底墊板組件的上部與所述下部試樣底面受力接觸，底墊板組件的下部與大型巖 體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的框架受力接觸，各塊底墊板和上部試樣、下部試樣的形心位于同一 豎直直線(xiàn)上； 側(cè)墊板位于下部試樣的側(cè)面，在所述相鄰底墊板之間的臺(tái)階、最下部分的底墊板
與所述框架之間的臺(tái)階上放置所述側(cè)墊板，所述側(cè)墊板的寬度與所述臺(tái)階的寬度相同，各
個(gè)側(cè)墊板的頂面位于同一平面上，且所述同一平面比上部試樣和下部試樣之間的連接面
低；距離下部試樣側(cè)面最遠(yuǎn)的側(cè)墊板與框架受力接觸。 進(jìn)一步，所述底墊板的高度和側(cè)墊板的寬度相等。 再進(jìn)一步，所述距離下部試樣最遠(yuǎn)的側(cè)墊板與框架之間設(shè)有傳力板。 本發(fā)明是大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，如附圖1所示，該系統(tǒng)
除了包括鋼結(jié)構(gòu)框架(外部長(zhǎng)度X高度X寬度尺寸為2.90mX2.90mXlm，內(nèi)部靜空間長(zhǎng)
度X高度X寬度尺寸為1. 70mX 1. 70mX lm)、豎向加載油缸(量程為375mm，油液最高壓力
26. 5MPa)、剪切向加載油缸(量程為375mm，油液最高壓力26. 5MPa)、豎向位移傳感器(量
程為15mm，精度為1/1000mm)、剪切向位移傳感器(量程為1000mm，精度為1/1000mm)、壓
力傳感器(最大加載力為IOOOKN，精度為1/100kN)、液壓油源、電器控制箱、數(shù)據(jù)采集儀、測(cè)
控軟件及計(jì)算機(jī)等常規(guī)部件之外，針對(duì)性地開(kāi)發(fā)了能進(jìn)行多尺度試樣直剪試驗(yàn)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
(底墊板和側(cè)墊板，附圖1中的11和12)，目的是實(shí)現(xiàn)在同一直剪儀上對(duì)不同尺度的抗剪強(qiáng)
度試驗(yàn)。常規(guī)設(shè)備及直剪儀的試驗(yàn)原理可參照相關(guān)規(guī)程、教材及著作。本發(fā)明重點(diǎn)是對(duì)大
型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。 大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的具體內(nèi)容如下 (a)選擇底墊板和側(cè)墊板。根據(jù)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)的試樣尺寸，選擇與試樣相配
套的底墊板和側(cè)墊板。下面針對(duì)不同尺寸的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 ①平面尺寸為10cmX10cm的結(jié)構(gòu)面(試樣高度同結(jié)構(gòu)面的寬度或者長(zhǎng)度，余同) 試驗(yàn)時(shí)需選擇尺寸分別10cmX10cmX5cm(長(zhǎng)度X寬度X高度，余同)、20cmX 20cmX 5cm、 30cmX30cmX5cm、40cmX40cmX5cm、50cmX50cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 70cmX70cmX5cm、80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm共9塊底墊板和尺寸分別 10cmX8cmX5cm(長(zhǎng)度X高度X寬度，余同)20cmX 13cmX5cm、30cmX 18cmX5cm、 40cmX 23cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、 80cmX43cmX5cm、90cmX48cmX5cm共9塊側(cè)墊板。 ②平面尺寸為20cmX20cm的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)時(shí)需選擇尺寸分別20cmX20cmX5cm、 30cmX30cmX5cm、40cmX40cmX5cm、50cmX50cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 70cmX70cmX5cm、80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm共8塊底墊板和尺寸分 另U 為20cmX 13cmX5cm、30cmX 18cmX5cm、40cmX23cmX5cm、50cmX28cmX5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm共8塊側(cè)墊板。
③平面尺寸為30cmX30cm的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)時(shí)需選擇尺寸分別30cmX30cmX5cm、 40cmX40cmX5cm、50cmX50cmX5cm、60cmX60cmX5cm、70cmX70cmX5cm、 80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm共7塊底墊板和尺寸分別為30cmX 18cmX 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX43cmX5cm、90cmX48cmX5cm共7塊側(cè)墊板。 ④平面尺寸為40cmX40cm的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)時(shí)需選擇尺寸分別40cmX40cmX5cm、 50cmX50cmX5cm、60cmX60cmX5cm、70cmX70cmX5cm、80cmX80cmX5cm、 90cmX 90cm X 5cm共6塊底墊板和尺寸分別為40cm X 23cm X 5cm、 50cm X 28cm X 5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm共6塊側(cè)墊板。
⑤平面尺寸為50cmX50cm的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)時(shí)需選擇尺寸分別50cmX50cmX5cm、 60cmX60cmX5cm、70cmX70cmX5cm、80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm共5塊底墊板 和尺寸分別為50cm X 28cm X 5cm、 60cm X 33cm X 5cm、 70cm X 38cm X 5cm、 80cm X 43cm X 5cm、 90cmX48cmX5cm共5塊側(cè)墊板。 ⑥平面尺寸為60cmX60cm的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)時(shí)需選擇尺寸分別60cmX60cmX5cm、 70cm X 70cm X 5cm、 80cm X 80cm X5cm、 90cm X 90cm X 5cm共4塊底墊板和尺寸分別為 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm共4塊側(cè)墊板。
⑦平面尺寸為70cmX70cm的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)時(shí)需選擇尺寸分別70cmX70cmX5cm、 80cm X 80cm X5cm、 90cm X 90cm X 5cm共3塊底墊板和尺寸分別為70cm X 38cm X 5cm、 80cmX 43cmX5cm、90cmX 48cmX 5cm共3塊側(cè)墊板。 ⑧平面尺寸為80cmX80cm的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)時(shí)需選擇尺寸分別80cmX80cmX5cm、 90cmX90cmX5cm共2塊底墊板和尺寸分別為80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm共2塊 側(cè)墊板。 ⑨平面尺寸為90cmX90cm的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)時(shí)需選擇尺寸90cmX90cmX5cm共l塊 底墊板和尺寸為90cmX 48cmX 5cm共1塊側(cè)墊板。 ⑩平面尺寸為100cmX 100cm的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)時(shí)無(wú)需選用底和側(cè)墊板。 (b)安裝底墊板。把選好的試樣底墊板按照不同墊板的尺寸根據(jù)先大后小的原則
進(jìn)行安裝，安裝過(guò)程中要保證底墊板的形心是在同一條豎直直線(xiàn)上。下面針對(duì)不同尺寸的
結(jié)構(gòu)面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 ①平面尺寸為10cmX 10cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架外部橫向平臺(tái)上由大到小的順 序(大的底墊板在下，小的底墊板在上，余同)安裝90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、 70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、50cmX50cmX5cm、40cmX40cmX5cm、 30cmX 30cmX 5cm、20cmX 20cmX 5cm、 10cmX 10cmX 5cm共9塊底墊板，要求所有底墊板的 形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ②平面尺寸為20cmX20cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架外部橫向平臺(tái)上由大到小 的順序安裝90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX50cmX5cm、40cmX40cmX5cm、30cmX30cmX5cm、20cmX20cmX5cm共8塊底墊板， 要求所有底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ③平面尺寸為30cmX30cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架外部橫向平臺(tái)上由大到小 的順序安裝90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX50cmX5cm、40cmX40cmX5cm、30cmX30cmX5cm共7塊底墊板，要求所有底墊板的 形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ④平面尺寸為40cmX40cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架外部橫向平臺(tái)上由大到小 的順序安裝90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、50cmX 50cmX 5cm、40cmX 40cmX 5cm共6塊底墊板，要求所有底墊板的形心是在同一豎直 直線(xiàn)上。 ⑤平面尺寸為50cmX50cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架外部橫向平臺(tái)上由大到小 的順序安裝90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX50cmX5cm共5塊底墊板，要求所有底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。
⑥平面尺寸為60cmX60cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架外部橫向平臺(tái)上由大到小的順 序安裝90cmX 90cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、70cmX 70cmX 5cm、60cmX 60cmX 5cm共4塊底 墊板，要求所有底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ⑦平面尺寸為70cmX70cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架外部橫向平臺(tái)上由大到小的順 序安裝90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm共3塊底墊板，要求所有底 墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ⑧平面尺寸為80cmX80cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架外部橫向平臺(tái)上由大到小的順 序安裝90cmX 90cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm共2塊底墊板，要求所有底墊板的形心是在同
一豎直直線(xiàn)上。 ⑨平面尺寸為90cmX90cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架外部橫向平臺(tái)上安裝 90cmX90cmX5cm的1塊底墊板。 ⑩平面尺寸為100cmX100cm的結(jié)構(gòu)面無(wú)需用底墊板，直接放在外部橫向平臺(tái)。
(c)安裝試樣。把用于結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的試樣放在已安裝好的底墊板上，同樣在安 裝的過(guò)程中要保證試樣的形心與其下部所有已安裝好的底墊板的形心在同一豎直直線(xiàn)上。 下面針對(duì)不同尺寸的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 ①平面尺寸為10cmX 10cm的結(jié)構(gòu)面試樣放在尺寸為10cmX 10cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ②平面尺寸為20cmX 20cm的結(jié)構(gòu)面試樣放在尺寸為20cmX 20cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ③平面尺寸為30cmX 30cm的結(jié)構(gòu)面試樣放在尺寸為30cmX 30cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ④平面尺寸為40cmX40cm的結(jié)構(gòu)面試樣放在尺寸為40cmX4cmX5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ⑤平面尺寸為50cmX 50cm的結(jié)構(gòu)面試樣放在尺寸為50cmX 50cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ⑥平面尺寸為60cmX60cm的結(jié)構(gòu)面試樣放在尺寸為60cmX 60cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ⑦平面尺寸為70cmX70cm的結(jié)構(gòu)面試樣放在尺寸為70cmX 70cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ⑧平面尺寸為80cmX80cm的結(jié)構(gòu)面試樣放在尺寸為80cmX 80cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ⑨平面尺寸為90cmX90cm的結(jié)構(gòu)面試樣放在尺寸為90cmX 90cmX 5cm的底墊板 上，要求試樣形心和底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。 ⑩平面尺寸為100cmX 100cm的結(jié)構(gòu)面直接在鋼框架外部橫向平臺(tái)上即可即可。
(d)移動(dòng)底墊板和試樣。利用大型直剪儀的水平液壓系統(tǒng)，把已安裝好的試樣及底
墊板移到大型直剪儀的內(nèi)部，在移動(dòng)過(guò)程中，要保證試樣與底墊板整體移動(dòng)，且移動(dòng)好的試
樣形心、墊板的形心及豎向加載系統(tǒng)(豎向油缸)的中心軸在同一豎直直線(xiàn)上。
(e)安裝側(cè)墊板。把選好的試樣側(cè)墊板按照不同墊板的尺寸根據(jù)先大后小的原則
進(jìn)行安裝，安裝過(guò)程中要保證側(cè)墊板的上表面在同一條水平面上。下面針對(duì)不同尺寸的結(jié)
構(gòu)面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 ①平面尺寸為10cmX10cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè) 由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、 50cmX 28cmX 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、20cmX 13cmX 5cm、 10cmX 8cmX 5cm共9塊側(cè)墊板，要 求所有側(cè)墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。 ②平面尺寸為20cm X 20cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè) 由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、 50cmX 28cmX 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、20cmX 13cmX 5cm共8 i央側(cè)墊板，要求所有側(cè)墊板和 傳力板的上表面是在同一水平面上。 ③平面尺寸為30cm X 30cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè) 由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、 50cmX 28cmX 5cm、 40cmX23cmX5cm、30cmX18cmX5cm共7塊側(cè)墊板，要求所有側(cè)墊板和傳力板的上表面是 在同一水平面上。
平面尺寸為40cm X 40cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè) 由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、 50cmX 28cmX 5cm、 40cmX23cmX5cm共6塊側(cè)墊板，要求所有側(cè)墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。
⑤平面尺寸為50cmX50cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè) 由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm共5塊側(cè)墊板， 要求所有側(cè)墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。 ⑥平面尺寸為60cmX60cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè) 由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm共4塊側(cè)墊板，要求所有側(cè)墊板和 傳力板的上表面是在同一水平面上。 ⑦平面尺寸為70cmX70cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè) 由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm共3 i央側(cè)墊板，要求所有側(cè)墊板和傳力板的上表面是 在同一水平面上。 ⑧平面尺寸為80cm X 80cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè) 由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、
880cmX43cmX5cm共2塊側(cè)墊板，要求所有側(cè)墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。
⑨平面尺寸為90cmX90cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè)由大 到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm共1塊側(cè)墊 板，要求側(cè)墊板和傳力板的上表面是在同一水平面上。 ⑩平面尺寸為100cmX 100cm的結(jié)構(gòu)面不需要側(cè)墊板，直接把試樣緊靠在傳力板 上。 (f)微調(diào)并校準(zhǔn)。校準(zhǔn)試樣與墊板的安裝精度，并利用液壓傳力系統(tǒng)進(jìn)行局部調(diào) 整。 (g)直剪試驗(yàn)完成后，把試樣、底墊板和側(cè)墊板一起從鋼框架內(nèi)部移到橫向平臺(tái) 上，然后再按照由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)移去側(cè)墊板。下 面針對(duì)不同尺寸的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 ①平面尺寸為10cmX10cm的結(jié)構(gòu)面按照由大到小的順序(大的側(cè)墊板在右， 小的底墊板在左，余同)移去90cmX48cmX5cm、80cmX43cmX5cm、70cmX38cmX5cm、 60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm、40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、 20cmX 13cmX 5cm、 10cmX 8cmX 5cm共9塊側(cè)墊板。 ②平面尺寸為20cmX20cm的結(jié)構(gòu)面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm、 40cmX 23cmX 5cm、30cmX 18cmX 5cm、20cmX 13cmX 5cm共8塊側(cè)墊板。
③平面尺寸為30cmX30cm的結(jié)構(gòu)面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm、 40cmX23cmX5cm、30cmX18cmX5cm共7塊側(cè)墊板。 ④平面尺寸為40cmX40cm的結(jié)構(gòu)面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm、 40cmX 23cmX 5cm共6塊側(cè)墊板。⑤平面尺寸為50cmX50cm的結(jié)構(gòu)面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm、50cmX 28cmX 5cm共5塊側(cè)墊板。
⑥平面尺寸為60cmX60cm的結(jié)構(gòu)面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX 43cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、60cmX 33cmX 5cm共4塊側(cè)墊板。
⑦平面尺寸為70cmX70cm的結(jié)構(gòu)面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX43cmX5cm、70cmX38cmX5cm共3塊側(cè)墊板。 ⑧平面尺寸為80cmX80cm的結(jié)構(gòu)面按照由大到小的順序移去90cmX48cmX5cm、 80cmX43cmX5cm共2塊側(cè)墊板。⑨平面尺寸為90cmX90cm的結(jié)構(gòu)面移去90cmX48cmX 5cm的側(cè)墊板。 ⑩平面尺寸為100cmX 100cm的結(jié)構(gòu)面因?yàn)椴恍枰獋?cè)墊板，故無(wú)需移墊板。 (h)移去試樣。把已完成結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的試樣從底墊板上移去。
(i)最后移去底墊板，按照由小到大的順序(大的底墊板在上，小的底墊板在下，
余同)移去底墊板。下面針對(duì)不同尺寸的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 ①平面尺寸為10cmX 10cm的結(jié)構(gòu)面按照由小到大的順序移去10cmX 10cmX5cm、 20cmX20cmX5cm、30cmX30cmX5cm、40cmX40cmX5cm、50cmX50cmX5cm、60cmX 60cmX 5cm、70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm共9塊底墊板。②平面尺寸為20cmX20cm的結(jié)構(gòu)面按照由小到大的順序移去20cmX20cmX5cm、
30cmX30cmX5cm、40cmX40cmX5cm、50cmX50cmX5cm、60cmX60cmX5cm、
70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm共8塊底墊板。③平面尺寸為30cmX30cm的結(jié)構(gòu)面按照由小到大的順序移去30cmX30cmX5cm、
40cmX40cmX5cm、50cmX50cmX5cm、60cmX60cmX5cm、70cmX70cmX5cm、
80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm共7塊底墊板。 ④平面尺寸為40cmX40cm的結(jié)構(gòu)面按照由小到大的順序移去40cmX40cmX5cm、 50cm X 50cm X 5cm、 60cm X 60cm X 5cm、 70cm X 70cm X 5cm、80cm X 80cm X 5cm、 90cm X 90cm X 5cm共6塊底墊板。⑤平面尺寸為50cmX50cm的結(jié)構(gòu)面按照由小到大的順序移去50cmX50cmX5cm、 60cmX 60cmX 5cm、70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm共5塊底墊板。
⑥平面尺寸為60cmX60cm的結(jié)構(gòu)面按照由小到大的順序移去60cmX60cmX5cm、 70cmX 70cmX 5cm、80cmX 80cmX 5cm、90cmX 90cmX 5cm共4塊底墊板。
⑦平面尺寸為70cmX70cm的結(jié)構(gòu)面按照由小到大的順序移去70cmX70cmX5cm、 80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm共3塊底墊板。 ⑧平面尺寸為80cmX80cm的結(jié)構(gòu)面按照由小到大的順序移去80cmX80cmX5cm、 90cm X 90cm X 5cm共2塊底墊板。⑨平面尺寸為90cmX90cm的結(jié)構(gòu)面按照由小到大的順序移去90cmX90cmX5cm
共1塊底墊板。 ⑩平面尺寸為100cmX 100cm的結(jié)構(gòu)面因?yàn)椴恍枰讐|板，故無(wú)需移墊板。 本發(fā)明的有益效果為與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠在同一直剪試驗(yàn)儀上實(shí)現(xiàn)多
尺度(10cmX10cm-100cmX100cm)的巖體試樣的結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)。利用該多尺度的巖石結(jié)
構(gòu)面直剪儀器的試驗(yàn)結(jié)果可分析巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)，就能得到穩(wěn)定的抗剪強(qiáng)
度閾值，故多尺度的試驗(yàn)結(jié)果不需人為折減便可直接應(yīng)用到實(shí)際巖體工程中。本發(fā)明可以
廣泛應(yīng)用于交通、土木、水利、礦山、工程地質(zhì)等方面，具有很大的實(shí)施價(jià)值和良好的社會(huì)經(jīng)
濟(jì)效益。


圖l是大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀及多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)截面圖，其中，l-框架；2-剪 切加載系統(tǒng)(剪切向油缸和壓力傳感器)；3-試樣校正位置的油壓千斤頂；4-豎向加載系 統(tǒng)(豎向油缸和壓力傳感器)；5-上部墊板；6-滾軸排；7下部墊板；8-測(cè)量標(biāo)點(diǎn)；9-位移 測(cè)表；10-傳力板；ll-不同尺寸的試樣底墊板；12-不同尺寸的試樣側(cè)墊板；13_巖體試樣； 14-巖體試樣的結(jié)構(gòu)面(受剪面)；15-豎向油壓系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)軸；16-橫向平臺(tái)板；17-橫向
平臺(tái)板內(nèi)導(dǎo)槽；18-水平液壓系統(tǒng)。 圖2是大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀及多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
10
參照?qǐng)D1和圖2，一種大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述多尺度 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括n塊底墊板11和n塊側(cè)墊板12，其中，n為自然數(shù)，且1《n《9，n塊底墊板 ll依照面積大小從上到下依次疊加形成底墊板組件，所述底墊板組件的上部的面積等于大 型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的下部試樣底面的面積，所述底墊板組件的上部與所述下部試樣 底面受力接觸，底墊板組件的下部與大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的框架受力接觸，各塊底 墊板和上部試樣、下部試樣的形心位于同一豎直直線(xiàn)上； 側(cè)墊板12位于下部試樣的側(cè)面，在所述相鄰底墊板之間的臺(tái)階、最下部分的底墊 板11與所述框架1之間的臺(tái)階上放置所述側(cè)墊板12，所述側(cè)墊板12的寬度與所述臺(tái)階的 寬度相同，各個(gè)側(cè)墊板12的頂面位于同一平面上，且所述同一平面比上部試樣和下部試樣 之間的連接面低；距離下部試樣側(cè)面最遠(yuǎn)的側(cè)墊板12與框架1受力接觸。
所述底墊板11的高度和側(cè)墊板12的寬度相等。所述距離下部試樣最遠(yuǎn)的側(cè)墊板 12與框架1之間設(shè)有傳力板10。 為了說(shuō)明多尺度大型直剪儀的多尺度試樣的操作過(guò)程，本實(shí)施例以平面尺寸 50cmX50cm的試樣結(jié)構(gòu)面為例對(duì)其多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。
(1)選擇底墊板和側(cè)墊板 由于所采用的試樣為50cmX50cm的結(jié)構(gòu)面，因此需要選擇底墊板和側(cè)墊板 各5塊。5塊底墊板的尺寸50cmX50cmX5cm、60cmX60cmX5cm、70cmX70cmX5cm、 80cmX80cmX5cm、90cmX90cmX5cm。 5塊偵U墊板的尺寸是50cmX 28cmX 5cm、 60cmX 33cmX 5cm、70cmX 38cmX 5cm、80cmX 43cmX 5cm、90cmX 48cmX 5cm。
(2)安裝底墊板。 平面尺寸為50cmX50cm的結(jié)構(gòu)面需要在鋼框架內(nèi)部空間的底部上由大到小 的順序安裝90cmX90cmX5cm、80cmX80cmX5cm、70cmX70cmX5cm、60cmX60cmX5cm、 50cmX50cmX5cm共5塊底墊板，要求底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。
(3)安裝試樣 在最上面一塊底墊板上進(jìn)行50cmX50cmX25cm(上下盤(pán)，共2個(gè))試樣的安裝，要 求試樣形心、底墊板的形心是在同一豎直直線(xiàn)上。要求結(jié)構(gòu)面的上下盤(pán)完全吻合。
(4)移動(dòng)底墊板和試樣 把安裝好的底墊板和試樣在水平液壓傳力系統(tǒng)的作用下，移到直剪儀主框架之
內(nèi)，并要求和豎向的加壓系統(tǒng)的形心在同一豎直線(xiàn)上。
(5)安裝側(cè)墊板 當(dāng)?shù)讐|板和試樣移到位置后，在鋼框架內(nèi)部空間的傳力板的左側(cè)上由大到小的順
序(大的側(cè)墊板在右，小的底墊板在左，余同)安裝90cmX48cmX5cm、80cmX43cmX5cm、
70cmX38cmX5cm、60cmX33cmX5cm、50cmX28cmX5cm共5塊側(cè)墊板，要求所有側(cè)墊板和
傳力板的上表面是在同一水平面上。 (6)底墊板、試樣及側(cè)墊板安裝完成 結(jié)構(gòu)面尺寸為50cmX 50cm的試樣，在進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)共需要5塊底墊板和5塊側(cè) 墊板。 (7)對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行直剪試驗(yàn)直到該結(jié)構(gòu)面試樣發(fā)生剪切破壞，此時(shí)結(jié)構(gòu)面上下盤(pán) (即結(jié)構(gòu)面模型的上部試樣與下部試樣)已發(fā)生較大錯(cuò)位。
(8)把破壞后的試樣、底墊板和側(cè)墊板移出； (9)按照由大到小的順序把側(cè)墊板移去。 (10)把破壞后的試樣移去。 (11)按照由小到大的順序把底墊板移去。
權(quán)利要求
一種大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于所述多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括n塊底墊板和n塊側(cè)墊板，其中，n為自然數(shù)，且1≤n≤9，n塊底墊板依照面積大小從上到下依次疊加形成底墊板組件，所述底墊板組件的上部的面積等于大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的下部試樣底面的面積，所述底墊板組件的上部與所述下部試樣底面受力接觸，底墊板組件的下部與大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的框架受力接觸，各塊底墊板和上部試樣、下部試樣的形心位于同一豎直直線(xiàn)上；側(cè)墊板位于下部試樣的側(cè)面，在所述相鄰底墊板之間的臺(tái)階、最下部分的底墊板與所述框架之間的臺(tái)階上放置所述側(cè)墊板，所述側(cè)墊板的寬度與所述臺(tái)階的寬度相同，各個(gè)側(cè)墊板的頂面位于同一平面上，且所述同一平面比上部試樣和下部試樣之間的連接面低；距離下部試樣側(cè)面最遠(yuǎn)的側(cè)墊板與框架受力接觸。
2. 如權(quán)利要求1所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于 所述底墊板的高度和側(cè)墊板的寬度相等。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在 于所述距離下部試樣最遠(yuǎn)的側(cè)墊板與框架之間設(shè)有傳力板。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特 征在于試樣的橫截面為10cmX10cm， n = 9，各個(gè)底墊板的橫截面分別為10cmX10cm、 20cmX20cm、30cmX30cm、40cmX40cm、50cmX50cm、60cmX60cm、70cmX70cm、80cmX80cm 禾口 90cmX90cm。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其 特征在于所述試樣的橫截面為20cmX20cm， n = 8，各個(gè)底墊板的橫截面分別為 20cmX20cm、30cmX30cm、40cmX40cm、50cmX50cm、60cmX60cm、70cmX70cm、80cmX80cm 禾口 90cmX90cm。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征 在于所述試樣的橫截面為30cmX30cm， n = 7，各個(gè)底墊板的橫截面分別為30cmX30cm、 40cmX 40cm、50cmX 50cm、60cmX 60cm、70cmX 70cm、80cmX 80cm禾卩90cmX 90cm。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征 在于所述試樣的橫截面為40cmX40cm， n = 6，各個(gè)底墊板的橫截面分別為40cmX40cm、 50cmX 50cm、60cmX 60cm、70cmX 70cm、80cmX 80cm禾卩90cmX 90cm。
8. 如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征 在于所述試樣的橫截面為50cmX50cm， n = 5，各個(gè)底墊板的橫截面分別為50cmX50cm、 60cmX 60cm、70cmX 70cm、80cmX 80cm禾卩90cmX 90cm。
9. 如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征 在于所述試樣的橫截面為60cmX60cm， n = 4，各個(gè)底墊板的橫截面分別為60cmX60cm、 70cmX70cm、80cmX80cm禾卩90cmX90cm。
10. 如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征 在于所述試樣的橫截面為70cmX70cm， n = 3，各個(gè)底墊板的橫截面分別為70cmX70cm、 80cmX80cm禾卩90cmX90cm。
11. 如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在 于所述試樣的橫截面為80cmX80cm， n = 2，各個(gè)底墊板的橫截面分別為80cmX80cm和90cmX90cm。
12.如權(quán)利要求1或2所述的大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在 于所述試樣的橫截面為90cmX90cm， n = l，底墊板的橫截面為90cmX90cm。
全文摘要
一種大型巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括n塊底墊板和n塊側(cè)墊板，n塊底墊板依照面積大小從上到下依次疊加形成底墊板組件，底墊板組件的上部與下部試樣底面受力接觸，底墊板組件的下部與框架受力接觸，各塊底墊板和上部試樣、下部試樣的形心位于同一豎直直線(xiàn)上；側(cè)墊板位于下部試樣的側(cè)面，在相鄰底墊板之間的臺(tái)階、最下部分的底墊板與框架之間的臺(tái)階上放置側(cè)墊板，各個(gè)側(cè)墊板的頂面位于同一平面上，且同一平面比上部試樣和下部試樣之間的連接面低；距離下部試樣側(cè)面最遠(yuǎn)的側(cè)墊板與框架受力接觸。本發(fā)明能進(jìn)行不同尺度的結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度直剪試驗(yàn)，進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度尺寸效應(yīng)的變化規(guī)律和穩(wěn)定閾值。
文檔編號(hào)G01N3/24GK101706398SQ20091015510
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者朱連根, 杜時(shí)貴, 羅戰(zhàn)友, 賈汝達(dá), 陳吉瑜, 黃曼 申請(qǐng)人:杜時(shí)貴