基于组合式多级限位板的结构面剪切盒的制作方法

本发明涉及一种基于组合式多级限位板的结构面剪切盒，适用于多种尺寸结构面试样的室内外直剪试验，属于工程技术领域。

背景技术：

在人类工程活动中，由岩体变形和失稳造成的工程事故层出不穷，引起巨大的生命财产损失。而岩石结构面尺寸效应的研究对指导岩体工程的稳定性具有重要意义，要进行系列尺寸(300mm×300mm、250mm×250mm、200mm×200mm、150mm×150mm、100mm×100mm、150mm×100mm、200mm×100mm、250mm×100mm、300mm×100mm、200mm×150mm、250mm×150mm、300mm×150mm、250mm×200mm、250mm×200mm、300mm×200mm、300mm×250mm)岩石结构面的直接剪切试验，则需要相应尺寸的岩石结构面剪切盒，通常做法是每一种尺寸的岩石结构面试样需要一个与该试样尺寸相匹配的剪切盒，这种做法不但需要的剪切盒数量多、造价高、占用空间大，而且还需要配置与系列多种尺寸剪切盒相对应的直剪仪配套连接装置，易造成测试结果不可靠且具有安装工序复杂及试验周期长等不足。

技术实现要素：

为了克服结构面抗剪强度尺寸效应试验中常规采用系列多种尺寸剪切盒的数量多、工序复杂、数据不可靠、试验周期长、占用空间大等不足，本发明提供一种基于组合式多级限位板的结构面剪切盒，具有测试效果好、操作方便、工期短、造价低、占用空间小等特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于组合式多级限位板的结构面剪切盒，所述结构面剪切盒包括上盘剪切盒和下盘剪切盒；

所述上盘剪切盒包括上盘剪切盒左侧和右侧组合板、上盘剪切盒前侧和后侧组合板、顶板、上盘剪切盒固定栓、上1号限位板和上2号限位板，其中，所述上盘剪切盒左侧和右侧组合板上均设有组合卡口和限位槽，所述上盘剪切盒前侧和后侧组合板上均设有组合卡口、顶板固定卡口、限位槽和固定栓插槽，所述顶板用于承载直剪仪的法向加载力，所述上1号限位板两端设有限位卡口，所述上2号限位板上设有嵌合卡槽，所述上盘剪切盒固定栓用于固定上1、2号限位板；

所述下盘剪切盒包括下盘剪切盒左侧和右侧组合板、下盘剪切盒前侧和后侧组合板、下盘剪切盒固定栓、下1号限位板和下2号限位板，其中，所述下盘剪切盒左侧和右侧组合板上均设有组合卡口和限位槽，所述下盘剪切盒前侧和后侧组合板上均设有组合卡口、限位槽和固定栓插槽，所述下1号限位板两端设有限位卡口，所述下2号限位板上设有嵌合卡槽，所述下盘剪切盒固定栓用于固定下1、2号限位板。

进一步，所述上、下盘剪切盒的左侧和右侧组合板结构相同，均设有组合卡口与限位槽，其中，左侧和右侧组合板与前侧和后侧组合板通过组合卡口组装形成剪切盒外框架，左侧和右侧组合板的限位槽用于插放2号限位板。

再进一步，所述上、下盘剪切盒的前侧和后侧组合板结构相同，所述前侧和后侧组合板均设有组合卡口、固定卡口、限位槽和固定栓插槽，所述前侧和后侧组合板的固定卡口与顶板相连使其固定，所述前侧和后侧组合板的限位槽用于插放1号限位板，所述前侧和后侧组合板的固定栓插槽用于插放固定栓，使1号限位板与剪切盒外框架固定。

更进一步，所述1号限位板两端设有限位卡扣，用于固定栓插槽、固定栓及与2号限位板卡口相互嵌扣，使上、下盘剪切盒外框架与限位板固定。

所述2号限位板设有嵌合卡口，实现1号限位板、2号限位板正交嵌扣。

所述上、下盘剪切盒固定栓，用于与1号限位板卡口连接，固定1号限位板。

本发明的一种结构面剪切盒，虽然剪切盒只有一个，但是能实现系列尺寸的结构面试样直剪试验，能满足100mm×100mm、150mm×150mm、200mm×200mm、250mm×250mm、300mm×300mm、150mm×100mm、200mm×100mm、250mm×100mm、300mm×100mm、200mm×150mm、250mm×150mm、300mm×150mm、250mm×200mm、250mm×200mm、300mm×200mm、300mm×250mm共16种尺寸结构面试样的直剪试验，具有测试数据可靠、操作方便、工期短、造价低、占用空间小等特点。

本发明的有益效果主要表现在：(1)测试结果可靠。结构面尺寸效应需要系列多种尺寸的结构面直剪试验，而传统直剪仪的一个剪切盒只能实现与该剪切盒相对应尺寸的结构面试样，要实现系列尺寸结构面试样的直剪试验，需要系列多种尺寸的剪切盒和与系列多种尺寸剪切盒相对应的直剪仪配套连接装置，易造成测试结果不可靠。本发明提供的剪切盒只有一个，能实现系列多种尺寸结构面直剪试验，配套装置单一，测试结果更可靠。(2)造价低和占用空间小。要进行多种尺寸结构面的剪切试验，则需要多种相应尺寸的结构面剪切盒，该发明只需一个剪切盒便可实现系列多尺寸结构面的剪切试验，相对传统多个剪切盒而言，具有造价低、占用空间小的优点。(3)操作方便和安全性高。该剪切盒由组合板、限位板和一些部件进行拼装而成，单个部件质量较小。因此，安装过程方便、安全，而传统剪切盒自身质量较大，过于笨重，通常需要借助外界设备进行安装，存在较大安全隐患。

附图说明

图1是剪切盒整体示意图。

图2是上盘剪切盒正视图。

图3是上盘剪切盒k-k剖面图。

图4是下盘剪切盒正视图。

图5是下盘剪切盒h-h剖面图。

图6是上、下剪切盒左侧和右侧组合板三视图。

图7是上盘剪切盒前侧和后侧组合板三视图。

图8是下盘剪切盒前侧和后侧组合板三视图。

图9是1号限位板三视图。

图10是2号限位板三视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图10，一种基于组合式多级限位板的结构面剪切盒，其中a为结构面上盘试样，b为结构面下盘试样，c为试样结构面，m为上盘剪切盒，n为下盘剪切盒，实现该多级限位板的结构面剪切盒的上盘剪切盒m包括上盘剪切盒左侧和右组合板2、上盘剪切盒前侧和后侧组合板1、顶板3、上盘剪切盒固定栓7、上1号限位板、上2号限位板，下盘剪切盒n包括下盘剪切盒左侧和右侧组合板2、下盘剪切盒前侧和后侧组合板6、下盘剪切盒固定栓8、下1号限位板、下2号限位板；上1号限位板和下1号限位板均采用相同结构的1号限位板5，上2号限位板和下2号限位板均采用相同结构的2号限位板4。所述上盘剪切盒m与下盘剪切盒n组装过程相互独立。所述上盘剪切盒与下盘剪切盒1、2限位板组合方式及位置相同。所述上盘剪切盒前侧和后侧组合板1均设有组合卡口102、固定卡口101、限位槽104、固定栓插槽103，其中上盘剪切盒前侧和后侧组合板1与上盘剪切盒左侧和右侧组合板2通过嵌合组合卡口102形成外框架，固定卡口101与顶板3相连使其固定，限位槽104用于插放上1号限位板6，固定栓插槽103用于插放上盘剪切盒固定栓7，使上1号限位板与剪切盒外框架固定，防止脱落。所述下盘剪切盒n前侧和后侧组合板6上均设有组合卡口601、限位槽603、固定栓插槽602，其中下盘剪切盒前侧和后侧组合板6与下盘剪切盒左侧和右侧组合板2通过嵌合组合卡口601组形成下盘剪切盒外框架，限位槽603用于插放下1号限位板，固定栓插槽602用于插放下盘剪切盒固定栓8，使下1号组合板与切盒外框架固定，防止脱落。所述1号限位板两端设有限位卡口501，使上下盘剪切盒外框架与限位板固定，防止在剪切过程中1号限位板和2号限位板松动与脱落。所述2号限位板4设有嵌合卡口401，实现1号限位板5、2号限位板4正交组合。所述上、下盘剪切盒固定栓7、8，用于固定1号限位板限位卡口501，从而到固定2号限位板4。

本实施例的基于组合式多级限位板的结构面剪切盒组装方法，包括如下步骤：

1)选择测试结构面试样尺寸：根据设计试验方案选择相应的结构面试样并通过下述过程进行直接剪切试验。

2)放置下盘剪切盒左侧和右侧组合板2：下盘剪切盒左侧和右侧组合板2对齐放置在直剪仪内部底座平台上。

3)嵌合下盘剪切盒前侧和后侧组合板6：上述下盘剪切盒左侧和右侧组合板2安放完成后，将下盘剪切盒前侧和后侧组合板组合卡口601对齐下盘剪切盒左侧和右侧组合板组合卡口201进行组装，形成下部剪切盒外框架。

4)安放下盘结构面试样n：下盘结构面试样放置步骤2中的下部剪切盒外框架内，将下盘结构面试样四周外侧边与下盘剪切盒限位槽202、603对齐。

5)安装下盘直剪盒的1号和2号限位板5、4：先将两个2号限位板4分别插入左侧和右侧组合板限位槽202内，然后再分别将两个1号限位板5分别插入前侧和后侧组合板限位槽602内，用于固定下盘结构面试样。

6)下盘剪切盒固定栓8插入固定栓插槽602：下盘结构面试样固定完成后，在下盘剪切盒前侧和后侧组合板固定栓插槽602上安放固定栓8，将下盘剪切盒外框架与1号限位板固定，同时固定2号限位板4，防止在剪切过程中1号和2号限位板松动与脱落。

7)放置上盘结构面试样m：把下盘结构面试样m安放和固定完成后，将上盘结构面试样m放置在下盘结构面试样n上，并要求上盘和下盘结构面试样吻合。

8)安装上盘剪切盒1号和2号限位板5、4：通过嵌合卡口401，将1号和2号限位板5、4贴合在上盘结构面试样m外侧进行安装，初步固定上盘结构面试样m。

9)嵌合上盘剪切盒左侧和右侧组合板2：将2号限位板4与上盘剪切盒左侧和右侧组合板限位槽202嵌合，使上盘剪切盒左侧和右侧组合板2分别与2号限位板4组合固定。

10)嵌合上盘剪切盒前侧和后侧组合板1：将上盘剪切盒前侧和后侧组合板卡口102与上盘剪切盒左侧和右侧组合板卡口202进行嵌合，形成上剪切盒的外框架。

11)插装顶板3：将上盘剪切盒顶板3沿上剪切盒前侧和和后侧组合板固定卡口107插入，用于承载直剪仪的法向加载力。

12)插入上盘剪切盒固定栓7：在前侧和后侧组合板固定栓插槽103上插上固定栓7，固定上盘剪切盒外框架与上盘剪切盒1号、2号限位板，防止在剪切过程中1号和2号限位板松动与脱落。

本实例中上盘剪切盒和下盘剪切盒最大尺寸即外边框尺寸300mm×300mm，上盘剪切盒外部高度为160mm，其中30mm为上顶板嵌合高度，即内部高度为130mm；下盘剪切盒外部高度为150mm，其中20mm为组合板与直剪仪剪切盒呈放底座衔接高度，即内部高度为130mm，具体组合尺寸根据结构面试样进行制定。

本例选用尺寸为200mm×200mm×150mm锯齿型结构面试样剪切盒。

上盘剪切盒左侧和右侧组合板厚30mm，长420mm，高160mm，其中组合卡口深65mm，宽30mm，离两端组合卡口30mm、80mm分别设置四个限位槽，限位槽宽20mm，深20mm，高130mm。上盘剪切盒前侧和后侧组合板厚30mm，长420mm，高160mm，其中组合卡口深65mm，宽30mm，离两端组合卡口30mm、80mm分别设置四个限位槽，限位槽宽20mm，深20mm，高100mm，离组合板上边15mm、组合卡口边20mm左右各设置一个固定栓插槽，固定栓插槽长90mm，宽20mm，深20mm。1号限位板长340mm，宽20mm，高100mm，其中限位板卡口高15mm，深20mm，宽20mm，设置在限位板顶两端15mm处。2号限位板长340mm，宽20mm，高100mm，其中限位卡口宽20mm，深50mm，设置在2号限位板两端边界50mm、100mm处，共4个限位卡口。

下盘剪切盒左侧和右侧组合板厚30mm，长420mm，高150mm，其中组合卡口深75mm，宽30mm，离两端组合卡口30mm、80mm分别设置四个限位槽，限位槽宽20mm，深20mm，高130mm。下盘剪切盒前侧和后侧组合板厚30mm，长420mm，高150mm，其中组合卡口深75mm，宽30mm，离两端组合卡口30mm、80mm分别设置四个限位槽，限位槽宽20mm，深20mm，高100mm，离前后剪切板上部10mm、左边缘50mm处设置一高20mm的固定卡口，用于固定尺寸为320mm×320mm×20mm的顶板，离组合板下边15mm、组合卡口边20mm左右各设置一个固定栓插槽，固定栓插槽长90mm，宽20mm，深20mm。1号限位板长340mm，宽20mm，高100mm，其中限位板卡口高15mm，深20mm，宽20mm设置在板顶两端15mm处。2号限位板长340mm，宽20mm，高100mm，其中限位卡口宽20mm，深50mm，设置在2号限位板两端边界50mm、100mm处，共4个限位卡口。

在上盘剪切盒中，离上盘剪切盒左侧和右侧组合板两端组合卡口30mm处限位槽，分别插入两个2号限位板，离上盘剪切盒前侧和后侧组合板两端组合卡口30mm处限位槽，分别插入两个1号限位板，实现尺寸为200mm×200mm的上盘剪切盒。

在下盘剪切盒中，离下盘剪切盒左侧和右侧组合板两端组合卡口30mm处限位槽，分别插入两个2号限位板，离下盘剪切盒前侧和后侧组合板两端组合卡口30mm处限位槽，分别插入两个1号限位板，实现尺寸为200mm×200mm的下盘剪切盒。

本实例中上、下盘剪切盒左侧和右侧组合板型号相同，共计4个；上剪切盒前侧和后侧组合板型号相同，共计2个；下盘剪切盒前侧和后侧组合板型号相同，共计2个；1号限位板型号相同，共计两个；2号限位板型号相同，共计2个，固定栓型号相同，共计8个。

结构面直剪仪用于测定结构面在不同的法向应力下以进行剪切试验，获得结构面破坏时的剪应力、剪切变形等参数，本发明可以快速地制作组合式多级限位板的结构面剪切盒，方便、快速、实用。

本发明的实施方案是：

1)选择测试结构面试样尺寸：根据设计试验方案选择相应的结构面试样并通过下述过程进行直接剪切试验。

2)放置下盘剪切盒左侧和右侧组合板2：下盘剪切盒左侧和右侧组合板2对齐放置在直剪仪内部底座平台上。

3)嵌合下盘剪切盒前侧和后侧组合板6：上述下盘剪切盒左侧和右侧组合板2安放完成后，将下盘剪切盒前侧和后侧组合板组合卡口601对齐下盘剪切盒左侧和右侧组合板组合卡口201进行组装，形成下部剪切盒外框架。

4)安放下盘结构面试样n：下盘结构面试样放置步骤2中的下部剪切盒外框架内，将下盘结构面试样四周外侧边与下盘剪切盒限位槽202、603对齐。

5)安装下盘直剪盒的1号和2号限位板5、4：先将两个2号限位板4分别插入左侧和右侧组合板限位槽202内，然后再分别将两个1号限位板5分别插入前侧和后侧组合板限位槽602内，用于固定下盘结构面试样。

6)下盘剪切盒固定栓8插入固定栓插槽602：下盘结构面试样固定完成后，在下盘剪切盒前侧和后侧组合板固定栓插槽602上安放固定栓8，将下盘剪切盒外框架与1号限位板固定，同时固定2号限位板4，防止在剪切过程中1号和2号限位板松动与脱落。

7)放置上盘结构面试样m：把下盘结构面试样m安放和固定完成后，将上盘结构面试样m放置在下盘结构面试样n上，并要求上盘和下盘结构面试样吻合。

8)安装上盘剪切盒1号和2号限位板5、4：通过嵌合卡口401，将1号和2号限位板5、4贴合在上盘结构面试样m外侧进行安装，初步固定上盘结构面试样m。

9)嵌合上盘剪切盒左侧和右侧组合板2：将2号限位板4与上盘剪切盒左侧和右侧组合板限位槽202嵌合，使上盘剪切盒左侧和右侧组合板2分别与2号限位板4组合固定。

10)嵌合上盘剪切盒前侧和后侧组合板1：将上盘剪切盒前侧和后侧组合板卡口102与上盘剪切盒左侧和右侧组合板卡口202进行嵌合，形成上剪切盒的外框架。

11)插装顶板3：将上盘剪切盒顶板3沿上剪切盒前侧和和后侧组合板固定卡口107插入，用于承载直剪仪的法向加载力。

12)插入上盘剪切盒固定栓7：在前侧和后侧组合板固定栓插槽103上插上固定栓7，固定上盘剪切盒外框架与上盘剪切盒1号、2号限位板，防止在剪切过程中1号和2号限位板松动与脱落。