一种用于表面裂隙岩块拉剪强度测试试件的制作方法

本实用新型属于岩体拉剪强度测试领域，特别涉及一种用于表面裂隙岩块拉剪强度测试试件。

背景技术：

在实际工程中，岩体拉剪破坏是一类常见的具有强破坏力的破坏形式。岩体或暴露于地表，或深埋在地下，因而不同部位的岩体将受到内力或外力的作用。岩体受内部作用力多见于岩石隧道工程，地下洞室开掘引起开挖孔洞墙边法向应力卸荷，而顶部切向应力集中，造成墙边岩石受强烈的拉剪应力。暴露于地表的岩石，其下方部位持力被移除，致使上部岩体由平衡状态转而形成拉力区，该区域将受降雨冲击而拉力进一步增大，同时受自重影响使其承受剪力。以上现象引起人们注意，因而设计一种用于岩石拉剪强度测试的试件及拉剪强度测试技术实有必要。

过去，研究岩石压剪的仪器设备种类较多，这些仪器的应用与更新迭代为岩石压剪强度的测试研究提供极大的帮助。长期以来，岩体试样的合理制备、多种加载形式的合理实现、试验设备对多种工况需求难以满足等因素限制岩石拉剪设备的设计与应用。通常，获取岩石拉剪强度的方式是将岩石压剪试验拟合的直线延长至负半轴，以此作为岩石受拉剪作用下的强度。这种缺少实验数据佐证的方式缺乏说服力。

在国内外文献中，用于岩石拉剪的仪器较为少见。本实用新型提供一种用于表面裂隙岩块拉剪强度测试试件，可与加载装置配合使用。该装置在试验过程中可稳定操作，便于观察整个试验过程，能较真实反映岩石在拉剪过程的受力特征。为岩石拉剪力学特征的进一步研究提供数据支撑。

技术实现要素：

为克服目前试验设备难以满足多种工况拉剪强度测试的不足，以及上述仪器可能出现的限制，本实用新型提供一种用于表面裂隙岩块拉剪强度测试试件，该试件与之配合使用的仪器操作简便，可高效采集试验数据，仪器运行过程中稳定性能够得到保障。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于表面裂隙岩块拉剪强度测试试件，其特征在于，所述用于表面裂隙岩块拉剪强度测试试件配合特制夹持装置使用。加持装置由夹持部件、加载部件、活动垫块3大部分组成；所述夹持部件包括底座、4颗底座固定螺栓、挡板、梯形钢盖、3颗纵向固定螺钉、浅槽固定条，所述底座前后各设有两个纵向螺钉孔，4颗底座固定螺栓通过纵向螺栓孔与万能试验机连接，所述梯形钢盖一侧设有3个纵向螺钉孔，纵向固定螺钉可从上方旋入，嵌入至浅槽固定条浅槽内，所述底座、挡板与梯形钢盖为刚性整体连接的构件；所述加载部件包括圆柱形连接件和倒三角型加载头，圆柱形连接件和倒三角型加载头为刚性连接，圆柱形连接件可旋入至万能试验机单臂施力轴上，倒三角型加载头的角度可绕轴任意改变；所述活动垫块呈长方体，试验操作前加工数个与所述试件尺寸相匹配的活动垫块，活动垫块放置于底座与试件之间，确保试件在加载过程中的稳定。

所述试件系岩石体，其外部轮廓呈立方体，试件外表面由机械切割，经打磨后成型。

所述试件，其特征在于试件本体棱长为(50～100)±1mm，操作人员可根据试验要求调整试件棱长。

所述试件，其特征在于在试件表面向下开一道裂隙。其裂隙宽度取0.04～2mm，裂隙深度取棱长的1/5～3/5，倾角在±60°之间，裂隙侧壁相互平行，裂隙面平整。

本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型所述用于表面裂隙岩块拉剪强度测试的试件，可设置不同深度、不同倾角的裂隙，以获取不同裂隙情况下岩体试样拉剪试验过程的各项数据。

2.本实用新型在试件上下端分别使用浅槽固定条和活动垫块夹持，以此保证夹持系统的整体性和稳定性，为岩块拉剪试验的进行提供稳定前提。

3.由于本实用新型采用尺寸不一的垫块对所述试件起支撑作用，可对不同棱长立方体试件进行试验；在用于表面裂隙岩块拉剪强度测试的试件上部设有浅槽固定条，该垫块宽度可根据试件尺寸进行选择，避免了试件在倒三角型加载头施载时偏移翘起；上部可串螺钉的钢盖设计成梯形，而倒三角加载头设计成上宽下窄，是为了使加载头可在岩石试件上表面任意位置移动，可实现距预制裂隙不同位置处，拉剪力对测试试件的影响；旋入上部梯形钢盖内的螺钉与倒三角型加载头足够长，以适应不同试件高度；本实用新型用于试件上端的长条形固定条设有3个浅槽，上部螺钉可轻松旋入，可防止该固定条在施载过程中发生滑移。

4.本实用新型所采用装置大多是依靠螺栓与螺母的咬合固定，故而其操作相对简便，不会给使用者带来操作上的困扰。

5.由于本实用新型装置采用的倒三角型加载头可与万能试验机连接，在试验过程中，万能试验机通过传感器可实时采集试验数据，为表面裂隙岩石拉剪强度的研究提供数据支撑。

6.本实用新型使用的装置可与万能试验机配套使用，其构造简单，制作方便。并且所述用于表面裂隙岩块拉剪强度测试的试件结构简单，可大批量生产。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的正视图。

图3为本实用新型的左视图。

图4为本实用新型的俯视图。

图5为底座上部的活动垫块。

图6为适合大尺寸所述试件的浅槽固定条。

图中标记：1-底座、2-螺栓、3-挡板、4-梯形钢盖、5-螺钉、6-浅槽固定条、7-圆柱形连接件、8-倒三角型加载头、9-试件、10-活动垫块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。

实施例1

用于表面裂隙岩块拉剪强度测试的试件9，如图1所示，其外形呈立方体，其表面由精密仪器加工，平整度符合试验要求。试件9棱角分明，无毁坏缺损。用于表面裂隙岩块拉剪强度测试的试件9沿表面对称轴位置开一道狭长型裂隙，裂隙开口宽度、深度以及裂隙角度按照试验要求确定。

本实用新型设计的装置包括夹持部件、加载部件、活动垫块3大部分。所述夹持部件包括底座1、4颗底座固定螺栓2、挡板3、梯形钢盖4、3颗纵向固定螺钉5、浅槽固定条6。所述底座1前后各设有两个纵向螺钉孔，4颗底座固定螺栓通过纵向螺钉孔与万能试验机连接，所述梯形钢盖4一侧设有3个纵向螺柱孔，纵向固定螺钉5可从上方旋入，嵌入至浅槽固定条6浅槽内。所述底座1、挡板3与梯形钢盖4为刚性整体连接的构件。所述加载部件包括圆柱形连接件7和倒三角型加载头8，圆柱形连接件7和倒三角型加载头8为刚性连接，圆柱形连接件7可旋入至万能试验机单臂施力轴上，倒三角型加载头8的角度可绕轴任意改变。所述试件9棱长超过50mm时需要使用活动垫块10，在底座1上紧靠挡板3的中间位置放置活动垫块，为试件9不需悬空的一侧提供支撑。

为保证本实用新型所述试件9受力均匀和整体稳定性，将试件9置于挡板3左侧的中部，如图1所示。本实施例中仅展示倒三角型加载头8刀刃与表面裂隙平行的情形。

本实用新型装置的具体使用步骤如下：

1.采集岩样，按前述要求预制用于表面裂隙岩块拉剪强度测试的试件9。

2.取下万能试验机上单臂施力轴上的部件，更换倒三角型加载头8，将加载头调整到合适角度，在万能试验机的辅助下，能直接测试所述试件的拉剪强度。

3.取下万能试验机底部承台上的其他部件，将底座固定螺栓2上的螺母取下，4颗螺栓从万能试验机承台的凹槽内滑入到合适位置，将本拉剪强度试验装置顺着底座开孔放于承台上，将取下的螺母固定于螺栓上，以此固定装置底座。

4.将预制好的试块9居中放置于挡板3左侧，试件9紧贴挡板3，如图1所示。在试块9上放置设有浅槽的固定条6，上部3颗纵向固定螺钉5顺着开孔向下旋入到浅槽固定条6的浅槽内，每个螺柱的下旋深度应保持一致。

5.启动万能试验机，使倒三角型加载头8缓慢下降，停留在所述试件9上空，加载头与试件保留微小间距。在万能试验机操作软件中设定加载速率，启动仪器，记录所述试件的破坏全过程。试验结束后，导出用于计算块体试件拉剪强度的数据。