一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置

1.本发明涉及岩石室内试验技术领域，特别是涉及一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着交通、能源、水利水电等领域基础设施的不断修建，岩石工程占据比例持续增加，伴随着工程建设环境向西部山区和深层地下空间转移，岩体所处应力环境与破坏形式日趋复杂，边坡滑坡、崩塌，隧道塌方、岩爆等诸多灾害类型为工程的安全建设带来了严重威胁。揭示复杂应力条件下的岩体破坏灾变机理是岩体稳定性分析与灾害监测预警的前提，而岩石室内试验则是灾变机理研究的重要手段。
4.剪切破坏是岩石最为常见破坏类型之一，针对该类破坏，目前主要采用直剪试验和三轴试验的方式，而上述两种试验均主要关注压剪应力状态，然而随着浅埋超大跨度隧道和深埋超长隧道的不断涌现，拉剪应力状态造成的岩体破坏不断增多，但目前仍缺少能够高效开展岩石拉剪破坏的试验装备。
5.另外，目前现有的剪切试验装备无论是直接剪切试验或是变角剪切试验，均受限于试验机结构与试验技术，均无法实现侧向围压条件下的剪切试验开展，进而造成试验现象、结果与实际工程岩体破坏存在一定的差异，具体体现在岩石黏聚力参数与三轴试验测量结果相比较小。
6.尽管现有的真三轴试验机能够提供较为接近原始地应力的试验条件，但该装置结构复杂且生产成本昂贵，试验过程相对繁琐，不利于岩石剪切参数的快速获取，试验简易性及工程实用性方面弱于直接剪切试验。
7.针对岩石破坏过程多元信息监测，传统真三轴试验机六面加载结构形式较为封闭，以三轴加载条件下含孔洞岩样内部破坏实时观察为例，现有真三轴试验机结构不便于孔内摄像仪、红外热像仪等装置的安装，光学监测信息捕捉难度较大。
8.除此之外，传统的真三轴试验机利用预制孔洞岩样进行超载破坏仅能模拟“先开挖、后加载”的应力路径，与真实隧道开挖过程不符，“先加载、后开挖”应力路径模拟目前仅能通过大尺度的模型试验，试验成本高、施作周期长，难以开展大量工况的试验研究。


技术实现要素：

9.为了解决上述问题，本发明提出了一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置，简化试验机加载结构，减少加载油缸数量，增强了多类型试验开展的简易性，能够满足多重功能的有效集成，具体功能包括：有/无围压条件下的压剪试验、拉剪试验，有/无预制孔洞立方体岩样的真三轴试验，真三轴应力条件下的完整立方体岩样开挖模拟试验等，从而实现一机多用。
10.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
11.第一方面，本发明提供一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置，包括：反力框架，以及设于反力框架上的液压加载系统、变角剪切试验模块和变角三轴试验模块；
12.所述液压加载系统包括设于反力框架顶部的竖直双向加载油缸和设于反力框架两侧的第一水平单向加载油缸和第二水平单向加载油缸；
13.所述变角剪切试验模块包括底部承台、第一变角剪切构件和第二变角剪切构件；底部承台设于反力框架的底部，底部承台上通过连接件连接第二变角剪切构件，第一变角剪切构件通过连接件连接至竖直双向加载油缸；
14.所述第一变角剪切构件和第二变角剪切构件均包括滑动连接的承力剪切滑动座和剪切滑动块，两个剪切滑动块相对设置且在中间设有岩样，竖直双向加载油缸对岩样施加竖向的拉荷载和压荷载，第一水平单向加载油缸和第二水平单向加载油缸对岩样施加侧向围压；
15.所述变角三轴试验模块包括三轴试验承台、和设于三轴试验承台上的变角三轴装置和承力垫块，三轴试验承台设于底部承台上，第一水平单向加载油缸和第二水平单向加载油缸分别连接一个变角三轴装置，在两侧的变角三轴装置中间放置岩样，在岩样上设置承力垫块，承力垫块连接至竖直双向加载油缸。
16.作为可选择的实施方式，所述第一变角剪切构件依次通过第一凹槽型连接件和第一工字型连接件连接至竖直双向加载油缸；所述第一工字型连接件与第一凹槽型连接件中间设有第一拉压两用滚珠排；
17.所述底部承台上依次通过第二凹槽型连接件和第二工字型连接件连接第二变角剪切构件；所述第二工字型连接件与第二凹槽型连接件中间设有第二拉压两用滚珠排。
18.作为可选择的实施方式，所述承力剪切滑动座上设有滑轨，剪切滑动块上设有滑动凹槽，承力剪切滑动座通过滑轨与滑动凹槽连接，以使剪切滑动块沿滑轨弧形滑动，且通过改变剪切滑动块的角度对岩样进行实现不同形式的试验。
19.作为可选择的实施方式，所述承力剪切滑动座上设有剪切变角定位螺栓，所述剪切滑动块上设有与剪切变角定位螺栓相匹配的剪切变角定位孔，以在剪切滑动块确定滑动角度后，通过剪切变角定位孔与剪切变角定位螺栓进行位置固定。
20.作为可选择的实施方式，所述承力剪切滑动座的外侧面上设有刻度。
21.作为可选择的实施方式，在进行变角压剪试验时，岩样自然放置于第一变角剪切构件和第二变角剪切构件的中间，岩样的上下表面与剪切滑动块自由贴合放置；
22.进行变角拉剪试验时，岩样的上下表面与剪切滑动块之间采用高强粘结胶进行粘合；
23.进行有侧向围压变角剪切试验时，将变角剪切试验模块围绕自身竖直中线旋转90
°
，岩样的临空面分别正对两侧的水平单向加载油缸，且在岩样的两个临空侧面安装承力垫板，通过第一水平单向加载油缸和第二水平单向加载油缸对岩样施加特定力值的侧向围压。
24.作为可选择的实施方式，所述变角三轴装置用于完整立方体岩样的变角三轴试验，包括完整岩样三轴承力滑动座、完整岩样三轴滑动块、三轴变角定位螺栓和三轴变角定
位孔；
25.所述完整岩样三轴承力滑动座和完整岩样三轴滑动块之间滑动连接，并通过三轴变角定位螺栓和三轴变角定位孔进行位置固定。
26.作为可选择的实施方式，所述变角三轴装置用于含圆形孔洞立方体岩样的变角三轴试验，包括含圆形孔洞岩样三轴承力滑动座、含圆形孔洞岩样三轴滑动块、三轴变角定位螺和三轴变角定位孔；
27.所述含圆形孔洞岩样三轴承力滑动座和含圆形孔洞岩样三轴滑动块之间滑动连接，并通过三轴变角定位螺栓和三轴变角定位孔进行位置固定；
28.所述含圆形孔洞岩样三轴承力滑动座上设有预留观测孔，用于对含预制孔洞超载试验中岩样内部破坏现象进行直接的光学观测，或作为完整岩样在真三轴应力条件下的开挖孔。
29.作为可选择的实施方式，三轴滑动块的角度确定后，岩样的水平中线与变角三轴装置中线以及第一水平单向加载油缸和第二水平单向加载油缸的中线相重合，在岩样上表面安装承力垫块；
30.通过第一水平单向加载油缸和第二水平单向加载油缸对岩样加载围压至特定力值，通过竖直双向加载油缸对岩样施加竖向荷载直至岩样发生破坏。
31.第二方面，本发明提供一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验方法，包括：采用第一方面所述的可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置，进行无侧向围压条件下的岩样变角压剪试验、无侧向围压条件下的岩样变角拉剪试验、有侧向围压条件下的岩样变角剪切试验和立方体岩样变角三轴试验。
32.作为可选择的实施方式，所述无侧向围压条件下的岩样变角压剪试验包括：
33.采用双边节理立方体岩样；
34.将岩样上方的第一变角剪切构件与第一凹槽型连接件和第一工字型连接件依次通过卡扣结构形式安装，并固定至竖向加载油上；
35.将岩样下方的第二变角剪切构件与第二工字型连接件和第二凹槽型连接件依次通过卡扣形式安装，并固定至底部承台上；
36.将岩样自由放置在第一变角剪切构件与第二变角剪切构件中间，调整剪切滑动块和承力剪切滑动座间的角度，确定岩样节理与竖直中线间的夹角后，通过剪切变角定位孔和剪切变角定位螺栓固定剪切滑动块和承力剪切滑动座的相对位置；
37.通过竖直双向加载油缸对岩样施加竖向压荷载，直至岩样发生压剪破坏；
38.作为可选择的实施方式，所述无侧向围压条件下的岩样变角拉剪试验包括：
39.采用双边节理立方体岩样；
40.将岩样下方与第二变角剪切构件间采用高强胶粘结固定，粘结完成后，第二变角剪切构件依次与第二工字型连接件和第二凹槽型连接件通过卡扣结构连接并固定至底部承台上；
41.将第一变角剪切构件与第一凹槽型连接件和第一工字型连接件依次通过卡扣结构形式安装，并固定至竖直双向加载油缸，通过竖直双向加载油缸调整第一变角剪切构件的位置，使其与岩样贴合并用高强胶粘合固定；
42.调整剪切滑动块和承力剪切滑动座间的角度，确定岩样节理与竖直中线间的夹角
后，通过剪切变角定位孔和剪切变角定位螺栓固定剪切滑动块和承力剪切滑动座的相对位置；
43.通过竖直双向加载油缸对岩样施加竖向拉荷载，直至岩样发生拉剪破坏；
44.作为可选择的实施方式，所述有侧向围压条件下的岩样变角剪切试验包括：
45.采用双边节理立方体岩样；
46.将岩样上方的第一变角剪切构件与第一凹槽型连接件和第一工字型连接件依次通过卡扣结构形式安装，将岩样下方的第二变角剪切构件与第二工字型连接件和第二凹槽型连接件依次通过卡扣形式安装，将整个变角剪切模块围绕竖直中线旋转90
°
并固定至底部承台上；
47.拉剪试验中将岩样与剪切滑动块采用高强胶进行粘接，压剪试验中岩样自由放置并贴合剪切滑动块；
48.调整岩样节理与竖直中线间的夹角后，通过剪切变角定位孔和剪切变角定位螺栓进行固定；
49.安装承力垫板至岩样的两个临空侧面，通过第一水平单向加载油缸和第二水平单向加载油缸加载至特定侧向围压后，通过竖直双向加载油缸加载至岩样发生剪切破坏。
50.作为可选择的实施方式，所述立方体岩样变角三轴试验包括：
51.采用完整立方体岩样或含圆形孔洞立方体岩样；
52.将三轴试验承台安装至底部承台，将岩样放置于三轴试验承台上方并与变角三轴装置相贴合，调整三轴滑动块与三轴承力滑动座间的角度，并采用三轴变角定位螺栓结合三轴变角定位孔进行位置固定；
53.保证岩样水平中线与变角三轴装置及两侧水平向加载油缸的水平中线重合，安装承力垫块至岩样上表面，启动两侧的水平向油缸加载至特定围压值后，启动竖直双向加载油缸对岩样施加竖向荷载直至破坏；
54.采用含圆形孔洞立方体岩样进行试验时，通过三轴滑动块上的预留观测孔进行岩样内部破坏现象的直接观测。
55.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
56.本发明提供一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置及方法，充分基于变角的理念，简化了试验机加载结构，最大程度地减少加载油缸数量，控制试验装置的生产成本，增强了多类型试验开展的简易性，提高了试验效率，并有效扩展了装置的试验功能，能够开展包括压剪、拉剪、真三轴、无法向力自由剪切、侧压力条件下剪切、单轴拉伸、单轴压缩等一系列试验研究，一台试验装置能够满足多重功能的有效集成，实现一机多用；其中，利用相同立方体岩样，通过变角结构与加载结构的配合，可以实现“拉伸-拉剪-直剪-压剪-压缩”全空间应力状态的无缝衔接，为揭示复杂应力状态下岩石破坏机制的差异性演化规律提供了重要的试验技术支撑。
57.本发明提供一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置及方法，通过采用竖直双向加载油缸和对变角剪切辅助加载结构设计的优化，能够实现变角拉剪与变角压剪试验。
58.本发明提供一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置及方法，新型的变角剪切结构可通过整体旋转90
°
并配合水平向的两个加载油缸，实现侧向围压条件
下的变角剪切试验，与工程原始应力条件更为接近。
59.本发明提供一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置及方法，充分采用分力的思想，首次提出了变角三轴的试验思路，极大地简化了真三轴试验机的结构形式，减少了油缸数量，降低了试验机生产成本，且该试验方式能够方便含孔洞岩样真三轴试验内部破坏现象的直观观测或监测。
60.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
61.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
62.图1为本发明实施例1提供的无侧向围压条件下变角拉剪、压剪功能平面结构整体示意图；
63.图2为本发明实施例1提供的无侧向围压条件下变角拉剪、压剪功能三维结构整体示意图；
64.图3(a)-图3(b)为本发明实施例1提供的变角剪切试验模块中连接件的三维结构示意图；
65.图4为本发明实施例1提供的第一变角剪切构件与连接件的连接示意图；
66.图5为本发明实施例1提供的第二变角剪切构件与连接件的连接示意图；
67.图6为本发明实施例1提供的变角剪切构件的三维结构示意图；
68.图7为本发明实施例1提供的剪切试验中岩样安装方法示意图；
69.图8(a)-图8(f)为本发明实施例1提供的变角剪切试验模块中变角功能示意图；
70.图9为本发明实施例1提供的有侧向围压条件下变角拉剪、压剪功能三维结构示意图；
71.图10为本发明实施例1提供的变角三轴功能平面结构整体示意图；
72.图11为本发明实施例1提供的变角三轴功能三维结构整体示意图；
73.图12为本发明实施例1提供的变角三轴加载局部结构示意图；
74.图13(a)-图13(b)为本发明实施例1提供的完整立方体岩样变角三轴加载示意图；
75.图14为本发明实施例1提供的含圆形孔洞立方体岩样的变角三轴装置示意图；
76.图15(a)-图15(b)为本发明实施例1提供的含圆形孔洞立方体岩样变角三轴加载示意图；
77.图16为本发明实施例1提供的岩样变角三轴加载分力原理示意图；
78.其中，1、反力框架，2-1、竖直双向加载油缸，2-2、第一水平单向加载油缸，2-3、第二水平单向加载油缸，3、底部承台，4-1、第一工字型连接件，4-2、第二工字型连接件，5-1、第一凹槽型连接件，5-2、第二凹槽型连接件、6-1、第一变角剪切构件，6-1-1、承力剪切滑动座，6-1-2、剪切滑动块，6-1-3、剪切变角定位孔，6-1-4、剪切变角定位螺栓，6-1-5、滑动凹槽，6-1-6、滑轨，6-2、第二变角剪切构件，7-1、第一拉压两用滚珠排，7-2、第二拉压两用滚珠排，8-1、双边节理立方体岩样，8-2、完整立方体岩样，8-3、含圆形孔洞立方体岩样，9、高强粘结胶，10、承力垫板，11、变角三轴装置，11-1-1、完整岩样三轴承力滑动座，11-1-2、含
圆形孔洞岩样三轴承力滑动座，11-2-1、完整岩样三轴滑动块，11-2-2、含圆形孔洞岩样三轴滑动块，11-3、三轴变角定位螺栓，11-4、三轴变角定位孔，12、三轴试验承台，13、承力垫块。
具体实施方式
79.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
80.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
81.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
82.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
83.实施例1
84.本实施例提供一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置，包括反力框架、液压加载系统、变角剪切试验模块和变角三轴试验模块，下面对该试验装置进行详细阐述。
85.在本实施例中，如图1-图2所示，所述反力框架1包括位于左右两侧的立柱与上下两侧的横梁，作为试验的开展场所与加载反力结构；所述立柱和横梁采用高强度钢板进行整体焊接，保证试验过程中反力框架本身不发生变形，满足试验的高精度要求。
86.在本实施例中，所述液压加载系统包括液压加载油缸和相应的伺服液压控制系统，由计算机自动控制，以对岩样施加特定力值荷载；
87.如图1-图2所示，所述液压加载油缸包括设于反力框架顶部的竖直双向加载油缸2-1以及设于反力框架两侧的第一水平单向加载油缸2-2和第二水平单向加载油缸2-3，能够按照特定力值对岩样施加竖向的拉荷载和压荷载以及水平向的对中压荷载；
88.具体地，所述竖直双向加载油缸2-1为大行程拉/压双向加载油缸，安装至反力框架1的上横梁上，同时满足竖向压力与拉力的加载需求；
89.第一水平单向加载油缸2-2和第二水平单向加载油缸2-3为大行程单向加载油缸，对中安装至反力框架1两侧的立柱上，第一水平单向加载油缸2-2和第二水平单向加载油缸2-3的中线重合，保证左右水平向荷载的对中施加。
90.作为可选择的一种实施方式，所述竖直双向加载油缸2-1、第一水平单向加载油缸2-2和第二水平单向加载油缸2-3均为1000kn大力值加载油缸，分别采用独立的伺服液压控制系统，不同油缸间相互配合但互不干涉。
91.作为可选择的一种实施方式，所述竖直双向加载油缸2-1、第一水平单向加载油缸2-2和第二水平单向加载油缸2-3均安装载荷传感器，载荷传感器与伺服液压控制系统相配合，实现特定力值荷载的施加。
92.在本实施例中，所述变角剪切试验模块适用于无侧围压和有侧围压条件下双边节理立方体岩样的变角拉剪与变角压剪试验；
93.下面先针对无侧围压条件下的变角剪切试验模块进行详细阐述，此时无需采用水平单向加载油缸。
94.如图1-图2所示，所述变角剪切试验模块包括：底部承台3，以及设于底部承台3上的第一试验子模块和第二试验子模块；
95.第一试验子模块包括第一工字型连接件4-1、第一凹槽型连接件5-1、第一变角剪切构件6-1和第一拉压两用滚珠排7-1；
96.第二试验子模块包括第二工字型连接件4-2、第二凹槽型连接件5-2、第二变角剪切构件6-2和第二拉压两用滚珠排7-2；
97.具体地，所述第一工字型连接件4-1的顶端与竖直双向加载油缸2-1固定连接并作为压盘使用；
98.如图4所示，所述第一工字型连接件4-1的底端通过卡扣依次连接第一凹槽型连接件5-1和第一变角剪切构件6-1；
99.如图3(a)所示，所述第一工字型连接件4-1与第一凹槽型连接件5-1的中间安装有第一拉压两用滚珠排7-1。
100.具体地，所述底部承台3设于反力框架1的底部，与反力框架1的下横梁连接为整体；
101.所述底部承台3的上表面依次连接第二凹槽型连接件5-2、第二工字型连接件4-2和第二变角剪切构件6-2；
102.所述第二凹槽型连接件5-2的底端固定在底部承台3上，如图5所示，第二凹槽型连接件5-2的顶端通过卡扣依次连接第二工字型连接件4-2和第二变角剪切构件6-2；
103.如图3(b)所示，所述第二工字型连接件4-2与第二凹槽型连接件5-2的中间安装有第二拉压两用滚珠排7-2。
104.作为可选择的一种实施方式，第一拉压两用滚珠排7-1和第二拉压两用滚珠排7-2能够在拉力或压力施加时，起到减小构件间摩擦的作用；无论是竖向拉荷载或压荷载施加时，工字型连接件与凹槽型连接件均可以低阻相对自由滑动，减少了摩擦力对试验结果的影响。
105.在本实施例中，如图6所示，所述第一变角剪切构件6-1和第二变角剪切构件6-2均包括承力剪切滑动座6-1-1、剪切滑动块6-1-2、剪切变角定位孔6-1-3、剪切变角定位螺栓6-1-4、滑动凹槽6-1-5和滑轨6-1-6；
106.具体地，所述承力剪切滑动座6-1-1的内表面上设有滑轨6-1-6和剪切变角定位螺栓6-1-4，所述承力剪切滑动座6-1-1的外侧面上设有刻度；
107.所述剪切滑动块6-1-2上设有与滑轨6-1-6相匹配的滑动凹槽6-1-5，以及与剪切变角定位螺栓6-1-4相匹配的剪切变角定位孔6-1-3；
108.所述承力剪切滑动座6-1-1通过滑轨6-1-6与滑动凹槽6-1-5连接，以使剪切滑动块6-1-2沿滑轨6-1-6做弧形滑动；
109.剪切滑动块6-1-2通过弧形滑动确定滑动角度后，通过剪切变角定位孔6-1-3与剪切变角定位螺栓6-1-4的配合进行位置固定。
110.作为可选择的一种实施方式，所述承力剪切滑动座6-1-1的外侧面上按间隔5
°
设置刻度。
111.在本实施例中，在进行变角压剪试验时，双边节理立方体岩样8-1仅需自然放置于第一变角剪切构件6-1和第二变角剪切构件6-2的中间，即双边节理立方体岩样8-1的上、下表面与剪切滑动块6-1-2自由贴合放置；
112.在进行变角拉剪试验时，双边节理立方体岩样8-1的上、下表面与剪切滑动块6-1-2之间采用高强粘结胶9进行粘合，如图7所示，保证竖向拉荷载的有效传递。
113.在本实施例中，如图8(a)-图8(f)所示，通过改变剪切滑动块6-1-2的角度可以实现不同形式的试验研究；具体地，所述双边节理立方体岩样8-1的节理与竖向中线夹角为0
°
和90
°
时，视作两个极限应力条件，此时可分别开展无法向力自由剪切试验、单轴压缩试验和单轴拉伸试验；当节理与竖向中线夹角介于0
°
和90
°
之间时，可开展变角拉剪或变角压剪试验。
114.在本实施例中，开展有侧向围压变角剪切试验时，变角剪切模块的安装方式与无侧向围压变角剪切试验模块相同，安装完成后，将变角剪切试验模块整体围绕自身竖直中线旋转90
°
，双边节理立方体岩样8-1两个临空面分别正对2个水平单向加载油缸，采用2个水平单向加载油缸并借助承力垫板10对双边节理立方体岩样8-1施加特定力值的侧向围压，如图9所示。
115.在本实施例中，所述变角三轴试验模块适用于完整立方体岩样和含圆形孔洞立方体岩样的真三轴试验；如图10-图12所示，包括：变角三轴装置11、三轴试验承台12和承力垫块13；
116.其中，所述三轴试验承台12安装至底部承台3上，第一水平单向加载油缸2-2和第二水平单向加载油缸2-3分别连接一个变角三轴装置11，将完整立方体岩样与两侧的变角三轴装置紧密贴合放置于三轴试验承台12上，在两侧的变角三轴装置中间放置岩样，在岩样上设置承力垫块13，承力垫块13连接竖直双向加载油缸2-1。
117.在本实施例中，针对完整立方体岩样的变角三轴试验，如图13(a)-图13(b)所示，所述变角三轴装置11包括完整岩样三轴承力滑动座11-1-1、完整岩样三轴滑动块11-2-1、三轴变角定位螺栓11-3和三轴变角定位孔11-4；
118.针对含圆形孔洞立方体岩样变角三轴试验，如图14所示，所述变角三轴装置11包括含圆形孔洞岩样三轴承力滑动座11-1-2、含圆形孔洞岩样三轴滑动块11-2-2、三轴变角定位螺栓11-3和三轴变角定位孔11-4。
119.在本实施例中，采用含圆形孔洞立方体岩样8-3开展真三轴试验时，将完整岩样三轴承力滑动座与完整岩样三轴滑动块对应更换成含圆形孔洞岩样三轴承力滑动座11-1-2和含圆形孔洞岩样三轴滑动块11-2-2，角度设定与加载方式与完整立方体岩样的真三轴试验相同，此时可直接通过含圆形孔洞岩样三轴承力滑动座11-1-2和含圆形孔洞岩样三轴滑动块11-2-2上的预留观测孔对岩样内部破坏现象进行直接的光学观测或监测，如图15(a)-图15(b)所示。
120.在本实施例中，完整岩样三轴承力滑动座11-1-1和完整岩样三轴滑动块11-2-1之间，含圆形孔洞岩样三轴承力滑动座11-1-2和含圆形孔洞岩样三轴滑动块11-2-2之间的连接均采用类似于变角剪切构件中滑轨6-1-6与滑动凹槽6-1-5配合连接的方式；
121.通过三轴变角定位孔11-4与三轴变角定位螺栓11-3相配合的方式固定三轴滑动块与三轴承力滑动座的相对位置，三轴滑动块同样按间隔5
°
的角度进行滑动。
122.在本实施例中，确定三轴滑动块的角度后，保证完整立方体岩样8-2或含圆形孔洞立方体岩样8-3的水平中线与变角三轴装置11中线以及第一水平单向加载油缸2-2和第二水平单向加载油缸2-3的中线相重合；
123.启动第一水平单向加载油缸2-2和第二水平单向加载油缸2-3加载围压至特定力值，可根据力的分解方法计算岩样最小主应力与中间主应力数值，分别为fsinα和fcosα，如图16所示；
124.围压加载完成后，将承力垫块13放置于完整立方体岩样8-2或含圆形孔洞立方体岩样8-3的上表面，启动竖直双向加载油缸2-1进行荷载施加直至岩样发生破坏。
125.实施例2
126.本实施例提供一种可加围压的岩石变角拉剪、压剪与变角三轴试验装置的实验方法，包括：无侧向围压条件下的岩样变角压剪试验、无侧向围压条件下的岩样变角拉剪试验、有侧向围压条件下的岩样变角剪切试验和立方体岩样变角三轴试验；
127.具体地，无侧向围压条件下的岩样变角压剪试验包括：
128.(1)采用双边节理立方体岩样8-1；
129.(2)岩样上方的第一变角剪切构件6-1与第一凹槽型连接件5-1和第一工字型连接件4-1依次通过卡扣结构形式安装，岩样下方的第二变角剪切构件6-2与第二工字型连接件4-2和第二凹槽型连接件5-2同样依次通过卡扣形式相连接，并固定至底部承台3上；
130.(3)双边节理立方体岩样8-1自由放置在第一变角剪切构件6-1与第二变角剪切构件6-2中间，调整剪切滑动块6-1-2和承力剪切滑动座6-1-1间的角度，确定法向压力与剪切力的数值与相对比例，调整岩样节理与竖直中线间的夹角后，通过剪切变角定位孔6-1-3和剪切变角定位螺栓6-1-4固定剪切滑动块6-1-2和承力剪切滑动座6-1-1的相对位置；
131.(4)启动竖直双向加载油缸2-1对岩样施加竖向压荷载，直至岩样发生压剪破坏。
132.具体地，无侧向围压条件下的岩样变角拉剪试验包括：
133.(1)采用双边节理立方体岩样；
134.(2)岩样下方与第二变角剪切构件6-2间采用高强胶粘结固定，粘结完成后，第二变角剪切构件6-2依次与第二工字型连接件4-2和第二凹槽型连接件5-2通过卡扣结构连接并固定至底部承台3上；
135.(3)第一变角剪切构件6-1与第一凹槽型连接件5-1和第一工字型连接件4-1依次通过卡扣结构形式安装，并最终固定至竖直双向加载油缸2-1，启动竖直双向加载油缸2-1调整第一变角剪切构件6-1的位置，使其与岩样逐渐贴合并用高强胶粘合固定；
136.(4)调整剪切滑动块6-1-2和承力剪切滑动座6-1-1间的角度，确定法向拉力与剪切力的数值与相对比例，调整岩样节理与竖直中线间的夹角后，通过剪切变角定位孔6-1-3和剪切变角定位螺栓6-1-4固定剪切滑动块6-1-2和承力剪切滑动座6-1-1的相对位置；
137.(5)启动竖直双向加载油缸2-1对岩样施加竖向拉荷载，直至岩样发生拉剪破坏。
138.具体地，有侧向围压条件下的岩样变角剪切试验包括：
139.(1)采用双边节理立方体岩样；
140.(2)压剪试验和拉剪试验各组件安装步骤分别与前两项试验相应步骤相同；拉剪
试验中将岩样与剪切滑动块采用高强胶进行粘接，压剪试验中岩样自由放置并贴合剪切滑动块；
141.(3)将整个变角剪切模块围绕竖直中线整体旋转90
°
，安装承力垫板10至岩样的两个临空侧面，启动第一水平单向加载油缸2-2和第二水平单向加载油缸2-3加载至特定侧向围压后，启动竖直双向加载油缸2-1加载至岩样发生剪切破坏。
142.具体地，立方体岩样变角三轴试验包括：
143.(1)采用完整立方体岩样或含圆形孔洞立方体岩样；
144.(2)将三轴试验承台12安装至底部承台3，将岩样放置于三轴试验承台12上方并与变角三轴装置11相贴合，调整三轴滑动块与三轴承力滑动座间的角度，并采用三轴变角定位螺栓结合三轴变角定位孔进行三轴滑动块与三轴承力滑动座间相对位置的固定；
145.(3)保证岩样水平中线与变角三轴装置及两侧水平向加载油缸的水平中线重合，安装承力垫块13至岩样上表面，启动两侧的水平向油缸加载至特定围压值后，启动竖直双向加载油缸2-1对岩样施加竖向荷载直至破坏。
146.(4)采用含圆形孔洞立方体岩样进行试验时，通过三轴滑动块上的预留观测孔进行岩样内部破坏现象的直接观测。
147.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。