專利名稱：一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖石力學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗方法，還涉及一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗裝置，適用于不規(guī)則巖塊包含不規(guī)則節(jié)理面時的剪切實驗場合。
背景技術(shù)：
巖體中存在大量的結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致巖體極易沿著這些結(jié)構(gòu)面發(fā)生變形破壞，因此結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)，尤其是抗剪強度的確定，一直是巖體力學(xué)性質(zhì)研究的重點之一。而傳統(tǒng)的剪切儀的上、下剪切盒主要是針對土的特點設(shè)計，對于巖石，比如柱狀節(jié)理，不規(guī)則塊體占多數(shù)，難以進行直接剪切實驗，如果要進行剪切實驗，就必須借助于剪切盒。但是采用傳統(tǒng)的剪切盒，當(dāng)需要沿著結(jié)構(gòu)面進行剪切時，結(jié)構(gòu)面與剪切縫之間的位置不好控制，而這也涉及到實驗的成敗，同時傳統(tǒng)的水泥砂漿冷卻速度慢，巖塊在水泥砂漿中極易下沉，使得定位好的結(jié)構(gòu)面位置極易錯位，導(dǎo)致實驗失敗，因此設(shè)計一種針對不規(guī)則巖塊的結(jié)構(gòu)面剪切實驗裝置已經(jīng)勢在必行。在剪切盒內(nèi)加入不同長度的內(nèi)插垂直螺絲，來初步控制巖塊的位置，同時通過旋轉(zhuǎn)內(nèi)置的調(diào)節(jié)桿，使得調(diào)節(jié)桿上螺紋與垂直螺絲之間的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)巖塊位置的微調(diào)，不同位置的調(diào)節(jié)桿可同時調(diào)節(jié)也可分別調(diào)節(jié)；采用環(huán)氧樹脂砂漿代替水泥砂漿，環(huán)氧樹脂砂漿不僅冷卻速度快，而且作為流動的液體，表面可始終保持為平面，成型較好；將調(diào)節(jié)桿與環(huán)氧樹脂相結(jié)合，即可解決巖塊在水泥砂漿中下沉的問題，使得巖塊的結(jié)構(gòu)面易于定位。基于以上思想，設(shè)計了該種進行柱狀節(jié)理剪切試驗的實驗方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗裝置，還提供了一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中不規(guī)則巖塊中不規(guī)則節(jié)理面難以定位的問題。一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗方法，
步驟1、將柱狀節(jié)理巖塊的結(jié)構(gòu)面用紅筆標(biāo)出，放置在下剪切盒內(nèi)，根據(jù)巖塊的大小以及剪切面的位置，選擇合適長度的內(nèi)插垂直螺絲，同時調(diào)節(jié)內(nèi)插垂直螺絲在下剪切盒內(nèi)的高度，是使得巖塊結(jié)構(gòu)面位于剪切縫內(nèi)；
步驟2、取下巖塊，將螺絲套套入五個內(nèi)插垂直螺絲中，用塑料薄膜將上剪切盒和下剪切盒內(nèi)壁包裹，而后將巖塊再次放入下剪切盒內(nèi)；
步驟3、將調(diào)節(jié)桿從水平螺絲口內(nèi)插入，并與內(nèi)插垂直螺絲接觸，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿，使得內(nèi)插垂直螺絲上下移動，使得巖塊上紅線，即柱狀節(jié)理巖塊的結(jié)構(gòu)面位于剪切縫之間；調(diào)節(jié)完成后，將調(diào)節(jié)桿從水平螺絲口內(nèi)取出；
步驟4、環(huán)氧樹脂砂漿組分的質(zhì)量比為，環(huán)氧樹脂:水泥:細(xì)砂:乙二胺:二丁酯=1:
3.5^4:3^4:0.05、.1:0.1，先按比例稱取水泥、細(xì)砂，攪拌均勻后堆置備用，按比例依次稱取環(huán)氧樹脂、二丁酯、乙二胺后攪拌均勻形成環(huán)氧基液，將水泥和細(xì)砂的均勻物倒入，再次均勻攪拌，形成環(huán)氧樹脂砂漿；
步驟5、固定上剪切盒的下沿與下剪切盒的上沿平行，固定上剪切盒的下沿與下剪切盒的上沿之間構(gòu)成剪切縫，將環(huán)氧樹脂砂漿倒入下剪切盒內(nèi)，當(dāng)環(huán)氧樹脂砂漿液面到達(dá)下剪切盒的上沿時即可停止，冷卻20 30小時；
步驟6、將石蠟填充到剪切縫內(nèi)，同時使得石蠟與柱狀節(jié)理巖塊位于剪切縫處的部分貼合，往上剪切盒倒入環(huán)氧樹脂砂漿，到達(dá)上剪切盒上沿時停止，冷卻20 30小時；
步驟7、將該試樣放置在試驗機上，并施加相應(yīng)的正應(yīng)力即可進行剪切實驗。一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗裝置，包括上剪切盒和下剪切盒，還包括內(nèi)插垂直螺絲和調(diào)節(jié)桿，所述的下剪切盒為上開口，下剪切盒的底部設(shè)置有垂直螺絲口，下剪切盒的盒壁設(shè)置有水平螺絲口，內(nèi)插垂直螺絲穿過垂直螺絲口且垂直放置，內(nèi)插垂直螺絲的外螺紋與垂直螺絲口的內(nèi)螺紋適配，調(diào)節(jié)桿穿過水平螺絲口與內(nèi)插垂直螺絲接觸，調(diào)節(jié)桿與內(nèi)插垂直螺絲接觸的部分構(gòu)成蝸桿結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)桿的旋轉(zhuǎn)可以帶動內(nèi)插垂直螺絲垂直上下升降，上剪切盒為下開口，上剪切盒放置距離下剪切盒10厘米的上方。如上所述的內(nèi)插垂直螺絲的個數(shù)為5個，均勻分布在下剪切盒內(nèi)，調(diào)節(jié)桿的個數(shù)與內(nèi)插垂直螺絲適配。如上所述的上剪切盒長150毫米，寬150毫米，深度75毫米；所述的下剪切盒長150毫米，寬150毫米，深度75毫米；所述的內(nèi)插垂直螺絲的長度為2厘米-8厘米。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:本發(fā)明在剪切盒內(nèi)加入不同長度的垂直螺絲，來初步控制巖塊的位置，同時通過旋轉(zhuǎn)內(nèi)置的調(diào)節(jié)桿，使得調(diào)節(jié)桿上螺紋與垂直螺絲之間的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)巖塊位置的微調(diào)，不同位置的調(diào)節(jié)桿可同時調(diào)節(jié)也可分別調(diào)節(jié)；采用環(huán)氧樹脂砂漿代替水泥砂漿，環(huán)氧樹脂砂漿不僅冷卻速度快，而且作為流動的液體，表面可始終保持為平面，成型較好；將調(diào)節(jié)桿與環(huán)氧樹脂相結(jié)合，即可解決巖塊在水泥砂漿中下沉的問題，使得巖塊的結(jié)構(gòu)面易于定位。基于以上思想，設(shè)計了該種進行柱狀節(jié)理剪切試驗的實驗裝置及方法。其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、能有效迅速的得到柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面的剪切試樣。


圖1是本發(fā)明上剪切盒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明下剪切盒及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1 一上剪切盒；2—下剪切盒；3 —垂直螺絲口；4 一內(nèi)插垂直螺絲；5 —水平螺絲口 ；6 —調(diào)節(jié)桿；8 一塑料薄膜；9 一螺絲套。
具體實施例方式一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗裝置，包括上剪切盒I (150mmX150mmX75mm)和下剪切盒2 (150mmX 150mmX 75mm)，在下剪切盒2底部平均分布五個垂直螺絲口 3，可以內(nèi)插垂直螺絲4，通過不同長度(2Cm、4Cm、6Cm、8Cm)的螺絲實現(xiàn)不同大小柱狀節(jié)理巖塊的初步調(diào)節(jié)；下剪切盒兩端分布五個水平螺絲口 5，可以內(nèi)插調(diào)節(jié)桿6，水平螺絲口 5直徑略大于調(diào)節(jié)桿6的直徑，使調(diào)節(jié)桿6在調(diào)節(jié)完成后可以拆下，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿6，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)桿6上螺紋與垂直螺絲4之 間的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)巖塊位置的微調(diào)，使其結(jié)構(gòu)面與位于剪切縫(剪切縫高10cm，位于上剪切盒和下剪切盒中部)內(nèi)，并平行于剪切縫；
上剪切盒I和下剪切盒2里面所放的凝固劑為環(huán)氧樹脂砂漿；
環(huán)氧樹脂為軟膠，它是一種液型、雙組份、軟性自干型軟膠，無色、透明、具有彈性，輕度劃擦表面即自行恢復(fù)原形；
環(huán)氧樹脂砂漿砂漿，是將環(huán)氧樹脂與水泥砂漿按照一定比例混合的溶液，單純的水泥冷凝時其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要取決于水化粒子間距和粒子間的相互作用力。而加入環(huán)氧樹脂后，由于羥基、酯基等親水基的作用，聚合物在固一液界面產(chǎn)生吸附，增強了溶液對固體的附著力。根據(jù)研究，環(huán)氧樹脂砂漿各材料配比(質(zhì)量比)為，環(huán)氧樹脂:水泥:細(xì)砂:乙二胺:二丁酯=1:(3.5^4):(3^4):(0.05、.1):0.1，其中環(huán)氧樹脂型號為E-44，所用水泥為普通硅酸鹽水泥(型號:Ρ.0 52.5)，乙二胺是固化劑(型號:NG26-99)，二丁酯是稀釋劑(型號:NG26-99),所用細(xì)砂必須米用無水干砂,且用5mm篩過篩。所述配比的環(huán)氧樹脂砂漿，根據(jù)實驗其冷卻時間為24小時 48小時，而水泥砂漿(配比為水泥:砂:水=1: (2.5-3.5): (0.5-0.7)) 一般需要兩個星期，冷卻時間縮短使得實驗準(zhǔn)備期大大縮短，利于實驗批量進行。水泥砂漿上表面由于不存在約束，冷凝時極易出現(xiàn)凹凸不平的平面，其起伏甚至超過剪切縫高度1cm，使得剪切實驗測得參數(shù)不準(zhǔn)，甚至導(dǎo)致實驗失敗，而所述配比的環(huán)氧樹脂砂漿，其成型平面平整，坡度小于0.5%，滿足剪切實驗要求。剪切縫放置的石蠟，是為了防止環(huán)氧樹脂砂漿進入剪切縫，同時也可以為下剪切盒中的環(huán)氧樹脂砂漿提供良好的冷卻底面，石蠟要求粘附性較好，可用54號石蠟；
水平螺絲口 5直徑略大于調(diào)節(jié)桿6的直徑，使調(diào)節(jié)桿6在調(diào)節(jié)完成后可以拆下。
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塑料薄膜8是為了防止環(huán)氧樹脂砂漿粘附在上剪切盒內(nèi)壁、下剪切盒內(nèi)壁、垂直螺絲外壁上，要求柔軟度較好，可使用雙向拉伸聚丙烯薄膜。一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗方法，包括如下步驟:
a.將柱狀節(jié)理巖塊的結(jié)構(gòu)面用紅筆標(biāo)出，放置在下剪切盒2內(nèi)，根據(jù)巖塊的大小以及剪切面的位置，選擇合適長度的內(nèi)插垂直螺絲4，同時調(diào)節(jié)內(nèi)插垂直螺絲4在下剪切盒2內(nèi)的高度，是使得巖塊結(jié)構(gòu)面位于剪切縫內(nèi)。b.而后取下巖塊，將螺絲套9套入五個內(nèi)插垂直螺絲4中，套入螺絲套9后內(nèi)插垂直螺絲4外壁不會粘附環(huán)氧樹脂砂漿，便于從砂漿中取出，方便二次使用，用塑料薄膜8將上剪切盒I和下剪切盒2內(nèi)壁包裹，使得上剪切盒I內(nèi)壁、下剪切盒2內(nèi)壁、內(nèi)插垂直螺絲4和螺絲套9外壁不會粘附環(huán)氧樹脂砂漿，而后將巖塊再次放入下剪切盒2內(nèi)。c.將調(diào)節(jié)桿6從水平螺絲口 5內(nèi)插入，并與垂直螺絲4接觸，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿6，使得垂直螺絲4上下移動，調(diào)節(jié)的目的是使得巖塊結(jié)構(gòu)面不僅位于剪切縫3內(nèi)，并且使得巖塊上紅線，即柱狀節(jié)理巖塊的結(jié)構(gòu)面位于剪切縫3之間，五個調(diào)節(jié)桿6可同時調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)完成后，將調(diào)節(jié)桿6從水平螺絲口 5內(nèi)取出。d.環(huán)氧樹脂砂漿各材料配比(質(zhì)量比)為，環(huán)氧樹脂:水泥:細(xì)砂:乙二胺:二丁酯=1:(3.5 4): (3 4): (0.05 0.1):0.1其中乙二胺是固化劑(型號:NG26_99)，二丁酯是稀釋劑(型號:NG26-99)，按比例稱取水泥、細(xì)砂，攪拌均勻后堆置備用，按比例依次稱取環(huán)氧樹月旨、二丁酯、乙二胺后攪拌均勻形成環(huán)氧基液，將水泥和細(xì)砂的均勻物倒入，再次均勻攪拌，形成環(huán)氧樹脂砂漿；e.固定上剪切盒I的下沿與下剪切盒2的上沿平行，將環(huán)氧樹脂砂漿倒入下剪切盒2內(nèi)，當(dāng)環(huán)氧樹脂砂漿液面到達(dá)下剪切盒2的上沿時即可停止，在20°C -25°C下，冷卻20 30小時；
f.將石蠟填充到剪切縫內(nèi)，同時使得石蠟與柱狀節(jié)理巖塊位于剪切縫處的部分貼合，往上剪切盒I倒入環(huán)氧樹脂砂漿，到達(dá)上剪切盒I上沿時停止，在20°C -25°C下，冷卻20 30小時；
g.打開上剪切盒I和下剪切盒2，取出試樣，由于試樣與內(nèi)插螺絲4之間有螺絲套9，取出試樣時，可與內(nèi)插螺絲4自動分離，這樣就可以得到剪切試樣，試樣中帶有螺絲套9，由于螺絲套強度低，不影響剪切實驗。將該試樣放置在試驗機上，并施加相應(yīng)的正應(yīng)力即可進行剪切實驗。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā) 明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
權(quán)利要求
1.一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗方法，包括以下步驟: 步驟1、將柱狀節(jié)理巖塊的結(jié)構(gòu)面用紅筆標(biāo)出，放置在下剪切盒(2)內(nèi)，根據(jù)巖塊的大小以及剪切面的位置，選擇合適長度的內(nèi)插垂直螺絲(4)，同時調(diào)節(jié)內(nèi)插垂直螺絲(4)在下剪切盒(2)內(nèi)的高度，是使得巖塊結(jié)構(gòu)面位于剪切縫內(nèi)； 步驟2、取下巖塊，將螺絲套(9)套入五個內(nèi)插垂直螺絲(4)中，用塑料薄膜(8)將上剪切盒(I)和下剪切盒(2)內(nèi)壁包裹，而后將巖塊再次放入下剪切盒(2)內(nèi)； 步驟3、將調(diào)節(jié)桿(6)從水平螺絲口(5)內(nèi)插入，并與內(nèi)插垂直螺絲(4)接觸，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿(6)，使得內(nèi)插垂直螺絲(4)上下移動，使得巖塊上紅線，即柱狀節(jié)理巖塊的結(jié)構(gòu)面位于剪切縫(3)之間；調(diào)節(jié)完成后，將調(diào)節(jié)桿(6)從水平螺絲口(5)內(nèi)取出； 步驟4、環(huán)氧樹脂砂漿組分的質(zhì)量比為，環(huán)氧樹脂:水泥:細(xì)砂:乙二胺:二丁酯=1:3.5^4:3^4:0.05、.1:0.1，先按比例稱取水泥、細(xì)砂，攪拌均勻后堆置備用，按比例依次稱取環(huán)氧樹脂、二丁酯、乙二胺后攪拌均勻形成環(huán)氧基液，將水泥和細(xì)砂的均勻物倒入，再次均勻攪拌，形成環(huán)氧樹脂砂漿； 步驟5、固定上剪切盒(I)的下沿與下剪切盒(2)的上沿平行，固定上剪切盒(I)的下沿與下剪切盒(2)的上沿之間構(gòu)成剪切縫，將環(huán)氧樹脂砂漿倒入下剪切盒(2)內(nèi)，當(dāng)環(huán)氧樹脂砂漿液面到達(dá)下剪切盒(2)的上沿時即可停止，冷卻20 30小時； 步驟6、將石蠟填充到剪切縫內(nèi)，同時使得石蠟與柱狀節(jié)理巖塊位于剪切縫處的部分貼合，往上剪切盒(I)倒入環(huán)氧樹脂砂漿，到達(dá)上剪切盒(I)上沿時停止，冷卻20 30小時；步驟7、將該試樣放置在試驗機上，并施加相應(yīng)的正應(yīng)力即可進行剪切實驗。
2.一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗裝置，包括上剪切盒(I)和下剪切盒(2)，其特征在于，還包括內(nèi)插垂直螺絲(4 )和調(diào)節(jié)桿(6 )，所述的下剪切盒(2 )為上開口，下剪切盒(2 )的底部設(shè)置有垂直螺絲口(3)，下剪切盒(2)的盒壁設(shè)置有水平螺絲口(5)，內(nèi)插垂直螺絲(4)穿過垂直螺絲口(3)且垂直放置，內(nèi)插垂直螺絲(4)的外螺紋與垂直螺絲口(3)的內(nèi)螺紋適配，調(diào)節(jié)桿(6)穿過水平螺絲口(5)與內(nèi)插垂直螺絲(4)接觸，調(diào)節(jié)桿(6)與內(nèi)插垂直螺絲(4)接觸的部分構(gòu)成蝸桿結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)桿(6)的旋轉(zhuǎn)可以帶動內(nèi)插垂直螺絲(4)垂直上下升降，上剪切盒(I)為下開口，上剪切盒(I)放置距離下剪切盒(2)10厘米的上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗裝置，所述的內(nèi)插垂直螺絲(4)的個數(shù)為5個，均勻分布在下剪切盒(2)內(nèi)，調(diào)節(jié)桿(6)的個數(shù)與內(nèi)插垂直螺絲(4)適配。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗裝置，所述的上剪切盒(I)長150毫米，寬150毫米，深度75毫米；所述的下剪切盒(2)長150毫米，寬150毫米，深度75毫米；所述的內(nèi)插垂直螺絲(4)的長度為2厘米-8厘米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柱狀節(jié)理結(jié)構(gòu)面剪切的實驗方法，調(diào)節(jié)巖塊結(jié)構(gòu)面位于上下剪切盒的剪切縫內(nèi)；將螺絲套套入五個內(nèi)插垂直螺絲中，用塑料薄膜進行隔離包裹；通過調(diào)節(jié)桿使得內(nèi)插垂直螺絲上下移動，使得柱狀節(jié)理巖塊的結(jié)構(gòu)面位于剪切縫之間；選取比例的環(huán)氧樹脂砂漿形成環(huán)氧樹脂砂漿；用環(huán)氧樹脂砂漿澆灌上下剪切盒進行冷卻凝固。還公開了一種實驗裝置，包括上下剪切盒、內(nèi)插垂直螺絲和調(diào)節(jié)桿，下剪切盒的底部設(shè)置有垂直螺絲口，下剪切盒的盒壁設(shè)置有水平螺絲口，調(diào)節(jié)桿與內(nèi)插垂直螺絲接觸的部分構(gòu)成蝸桿結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實現(xiàn)巖塊位置的微調(diào)，環(huán)氧樹脂砂漿表面可始終保持為平面，成型較好；解決巖塊在水泥砂漿中下沉的問題，使得巖塊的結(jié)構(gòu)面易于定位。
文檔編號G01N3/24GK103234838SQ20131012458
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者馮夏庭 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所