一種系列多尺度方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角測量裝置及方法
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及系列多尺度方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角測量裝置，適用于方形的原巖或模型結(jié)構(gòu)面摩擦角的測量，可測量的結(jié)構(gòu)面試樣的尺寸范圍為10OmmX 10mm-1OOOmmX 1000mm。本發(fā)明屬于工程技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]工程巖體的失穩(wěn)破壞源自結(jié)構(gòu)面，由Barton的結(jié)構(gòu)面破壞理論可知，結(jié)構(gòu)面的粗糙度系數(shù)(JRC)是影響結(jié)構(gòu)面力學特性的重要參數(shù)，而粗糙度系數(shù)(JRC)可以由自重法向應力作用下的巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角進行轉(zhuǎn)換獲得。而在自重法向應力作用下的巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角常通過傾斜試驗或者直剪試驗獲得，然而直剪試驗是采用直剪儀建立法向應力和剪切應力的映射關(guān)系，再通過函數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系得到巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角，因此，采用直剪儀不能直接獲得結(jié)構(gòu)面的摩擦角，以致造成測得的結(jié)構(gòu)面摩擦角精度低，且操作過程復雜，試驗周期長，難以滿足工程中準確快速獲得巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角的要求。
[0003]傾斜試驗可直接獲得自重作用下結(jié)構(gòu)面摩擦角，然而現(xiàn)有的摩擦角測定儀不能用于結(jié)構(gòu)面摩擦角測量，且在測量方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角時存在以下不足:(I)不能有效固定結(jié)構(gòu)面的下盤，易造成轉(zhuǎn)動過程中下盤結(jié)構(gòu)面在測試平臺上滑動，導致測試結(jié)果的精度低，不能滿足工程要求。由于結(jié)構(gòu)面試樣是由上下盤(通常上下盤的厚度一致，且形狀是方形的)組成，結(jié)構(gòu)面試樣在測試過程中要和測試平臺一起轉(zhuǎn)動，到達結(jié)構(gòu)面的峰值摩擦角時，巖石結(jié)構(gòu)面試樣上下盤會發(fā)生錯動，這時測得的平臺轉(zhuǎn)動角即為巖石結(jié)構(gòu)面所求的摩擦角，因此，在試驗過程中要求巖石結(jié)構(gòu)面的下盤固定在測試平臺上，且要拆裝方便。(2)放置巖石結(jié)構(gòu)面試樣的測試平臺在試驗過程中易翻轉(zhuǎn)，不易控制。現(xiàn)有摩擦角測試儀的提升裝置與測試平臺沒有可靠連接，在達到巖石結(jié)構(gòu)面峰值摩擦角時提升裝置與測試平臺會脫開，造成測試平臺會翻轉(zhuǎn)，導致試驗失敗，無法獲得巖石結(jié)構(gòu)面峰值摩擦角。(3)不能在同一臺測試設備上測試多種系列尺度(100_X 100mm、200_X200_、…、10CtamX 1000mm)巖石結(jié)構(gòu)面試樣的摩擦角。(4)操作復雜，安全性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有摩擦角測定儀在測定巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角方面具有的下盤不能固定、易翻轉(zhuǎn)，不能測試多種系列尺度結(jié)構(gòu)面等方面的不足，本發(fā)明提供了一種系列多尺度方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角測量裝置及方法，該裝置能夠固定下盤結(jié)構(gòu)面、易控制、且測試結(jié)果的精度高。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種系列多尺度方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角測量裝置，包括機架、測試平臺和方形巖石結(jié)構(gòu)面下盤固定組件，所述測試平臺包括轉(zhuǎn)動臺，所述轉(zhuǎn)動臺一側(cè)固定安裝在轉(zhuǎn)動軸上，所述轉(zhuǎn)動軸可轉(zhuǎn)動地套裝在機架上，所述轉(zhuǎn)動軸的端部與轉(zhuǎn)動把手聯(lián)動，所述轉(zhuǎn)動臺上表面設有試樣定位線和中心定位點，所述定位點為方形巖石結(jié)構(gòu)面的中心點，以所述定位點為平面坐標系原點，沿著方形巖石結(jié)構(gòu)面的每條對角線各分布兩排螺栓孔，每排螺栓孔的相鄰螺栓孔之間等間隔排列；方形巖石結(jié)構(gòu)面下盤固定組件包括4個直角形固定板，所述直角形固定板位于所述方形巖石結(jié)構(gòu)面的四個角上，直角形固定板的下方通過底部螺栓與所述螺栓孔固定連接，直角形固定板的兩側(cè)均通過側(cè)邊螺栓與所述方形巖石結(jié)構(gòu)面的側(cè)面固定連接；所述轉(zhuǎn)動臺上安裝豎直角度盤和鉛垂線，所述豎直角度盤的中心處懸掛所述鉛垂線。
[0007]進一步，所述轉(zhuǎn)動軸的端部與所述豎直轉(zhuǎn)動盤連接，所述豎直轉(zhuǎn)動盤上安裝所述轉(zhuǎn)動把手。
[0008]再進一步，所述測試平臺還包括緩沖臺和緩沖墊，所述轉(zhuǎn)動軸的一側(cè)為所述轉(zhuǎn)動臺，所述轉(zhuǎn)動軸的另一側(cè)為緩沖臺，所述緩沖臺固定安裝在機架上，所述緩沖臺內(nèi)安裝緩沖墊。
[0009]所述豎直角度盤的一圈設有刻度盤。
[0010]一種系列多尺度方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角測量方法，所述測量方法包括以下步驟:
[0011](a)選擇要測試尺寸的巖石結(jié)構(gòu)面試樣；
[0012](b)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動把手使轉(zhuǎn)動臺平放于操作臺上；
[0013](c)方形巖石結(jié)構(gòu)面包括下盤結(jié)構(gòu)面和上盤結(jié)構(gòu)面，把下盤結(jié)構(gòu)面放置于轉(zhuǎn)動臺上，要求下盤結(jié)構(gòu)面的中心與轉(zhuǎn)動臺的定位點重合；
[0014](d)通過四個直角形固定板的底部螺栓把下盤結(jié)構(gòu)面與轉(zhuǎn)動臺進行連接；把直角形固定板的側(cè)面螺栓穿過帶螺紋的螺栓孔連接，直到螺栓端部與下盤結(jié)構(gòu)面試樣緊密接觸；
[0015](e)把上盤結(jié)構(gòu)面通過起吊裝置放置于下盤結(jié)構(gòu)面上，并要求上下盤結(jié)構(gòu)面吻合，且利用墨線(采用記號表在上下盤試樣外側(cè)表面畫一條與結(jié)構(gòu)面的垂直線)記錄上下盤結(jié)構(gòu)面的相對位置；
[0016](f)記錄豎直角度盤上鉛垂線的初始所指角度；
[0017](g)通過轉(zhuǎn)動把手調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動臺以一定的速度轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動過程中觀察上盤結(jié)構(gòu)面的移動情況，當上下盤結(jié)構(gòu)面的墨線出現(xiàn)錯位或者上盤結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑移時，再次記錄豎直角度盤上鉛垂線的所指角度；
[0018](h)記錄完成后通過轉(zhuǎn)動把手把轉(zhuǎn)動臺回復到試驗起始位置；
[0019](i)步驟(g)與步驟(f)所記錄的角度差值即為方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角。
[0020]本發(fā)明給出了多尺度方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角測量裝置，可以測量尺寸分別為 100mm X100mm、200mm X 200mm、300mm X 300mm、400mmX 400mm、500mmX500mm、f10mmXf10mm、7OOmmX7OOmm、800mmX800mm、900mmX900mm、1000mmX 1000mm 的原巖或者結(jié)構(gòu)面模型試樣。
[0021]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:(I)操作方便、成本低、安全性高；(2)測試結(jié)構(gòu)面試樣的尺度范圍大(10mmX 10mm — 100mmX 1000mm) ； (3)結(jié)構(gòu)面下盤易固定，拆裝方便；
(4)測試過程中測試平臺不易翻轉(zhuǎn)和振動，測試結(jié)果精度高。
【附圖說明】
[0022]圖1是系列多尺度方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角測量裝置的示意圖。
[0023]圖2是圖1的俯視圖。
[0024]圖3是直角形固定板的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0026]實施例1
[0027]參照圖1?圖3，一種系列多尺度方形巖石結(jié)構(gòu)面摩擦角測量裝置，包括機架、測試平臺和方形巖石結(jié)構(gòu)面下盤固定組件7，所述測試平臺包括轉(zhuǎn)動臺2，所述轉(zhuǎn)動臺2 —側(cè)固定安裝在轉(zhuǎn)動軸4上，所述轉(zhuǎn)動軸4可轉(zhuǎn)動地套裝在機架上，所述轉(zhuǎn)動軸4的端部與轉(zhuǎn)動把手5聯(lián)動，所述轉(zhuǎn)動臺2上表面設有試樣定位線和中心定位點，所述定位點為方形巖石結(jié)構(gòu)面的中心點，以所述定位點為平面坐標系原點，沿著方形巖石結(jié)構(gòu)面的每條對角線各分布兩排螺栓孔6，每排螺栓孔的相鄰螺栓孔之間等間隔排列；方形巖石結(jié)構(gòu)面下盤固定組件7包括4個直角形固定板13，所述直角形固定板13位于所述方形巖石結(jié)構(gòu)面的四個角上，直角形固定板13的下方通過底部螺栓11與所述螺栓孔6固定連接，直角形固定板13的兩側(cè)均通過側(cè)邊螺栓12與所述方形巖石結(jié)構(gòu)面的側(cè)面固定連接；所述轉(zhuǎn)動臺2上安裝豎直角度盤8和鉛垂線9，所述豎直角度盤的8中心處懸掛所述鉛垂線9。
[0028]進一步，所述轉(zhuǎn)動軸4的端部與所述豎直轉(zhuǎn)動盤連接，所述豎直轉(zhuǎn)動盤上安裝所述轉(zhuǎn)動把手。
[0029]再進一步，所述測試平臺還包括緩沖臺I和緩沖墊3，所述轉(zhuǎn)動軸4的一側(cè)為所