(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210515884.9 (22)申请日 2022.05.12 (71)申请人 三峡大学 地址 443002 湖北省宜昌市西陵区大 学路8 号 (72)发明人 邓华锋　王文东　冯云杰　李冠野　 黄小芸　叶晨晖　 (74)专利代理 机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 专利代理师 李末黎 (51)Int.Cl. G01N 3/24(2006.01) G01N 3/12(2006.01) G01N 3/06(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种模拟消落带库水环境的消落带节理岩 体动力剪切装置及方法 (57)摘要 一种模拟消落带库水环境的节理岩体动力 剪切装置及方法， 主要包括试样固定机构、 法向 加载机构、 切向加载机构、 水压加载机构及进出 水控制机构； 所述试样固定机构安装在试验仪壳 体中并对试样进行固定； 所述法向加载机构用于 对试样施加法向荷载； 所述切向加载机构用于对 试样施加切向的动 荷载； 所述水压加载机构用于 对试验仪壳体内部充压； 所述进出水控制机构用 于对试验仪壳体内充水或抽水。 本发 明提供的一 种模拟消落带库水环境的节理岩体动力剪切装 置及方法， 可真实模拟节理试样在水压力浸泡、 “浸泡‑风干”循环等条件或组合条件下的动力剪 切试验。 权利要求书2页 说明书6页 附图7页 CN 115032089 A 2022.09.09 CN 115032089 A 1.一种模拟消落带库水环境的节理岩体动力剪切装置， 其特征在于： 包括试样固定机 构 （1） 、 法向加载机构 （2） 、 切向加载机构 （3） 、 水压加载机构 （4） 及进出 水控制机构 （5） ； 所述试样固定 机构 （1） 安装在试验仪壳体 （6） 中并对试样进行固定； 所述法向加载机构 （2） 用于对试样施加法向荷载； 所述切向加载机构 （3） 用于对试样施加 切向的动荷载； 所述水压加载机构 （4） 用于对试验仪壳体 （6） 内部充压； 所述进出 水控制机构 （5） 用于对试验仪壳体 （6） 内充水或抽水。 2.根据权利要求1所述的一种模拟消落带库水环境的节理岩体动力剪切装置， 其特征 在于： 所述试样固定机构 （1） 包括上剪切盒 （1.1） 、 下剪切盒 （1.2） ； 所述上剪切盒 （1.1） 内固 定有节理试样上盘 （1.3） ， 上剪切盒 （1.1） 外左右两侧通过固定销钉 （1.4） 与试验仪壳体 （6） 左右的固定插销 （1.5） 的滑道滑动配合； 所述下剪切盒 （1.2） 内固定有节理试样下盘 （1.6） ， 下剪切盒 （1.2） 一侧安装有矫正垫块 （1.7） ， 矫正垫块 （1.7） 与切向加载机构 （3） 的荷载的作 用线正对。 3.根据权利要求2所述的一种模拟消落带库水环境的节理岩体动力剪切装置， 其特征 在于： 所述节理试样上盘 （1.3） 、 节理试样下盘 （1.6） 由完整的立方体试样 劈裂而成； 或者切 割制备的标准的立方块试样。 4.根据权利要求2所述的一种模拟消落带库水环境的节理岩体动力剪切装置， 其特征 在于： 所述上剪切盒 （1.1） 、 下剪切盒 （1.2） 左右均设有固定螺丝 （1.8） ， 固定螺丝 （1.8） 用于 对节理试样上盘 （1.3） 、 节理试样下盘 （1.6） 固定 。 5.根据权利要求1所述的一种模拟消落带库水环境的节理岩体动力剪切装置， 其特征 在于： 所述法向加载机构 （2） 包括安装在试验仪壳体 （6） 下部的试验台承重轴 （2.1） ， 安装在 试验仪壳体 （6） 上部并与试验台承重轴 （2.1） 正对试验机压头 （2.2） ， 试验机压头 （2.2） 通过 法向加压杆 （2.3） 向下施力； 所述试验机压头 （2.2） 、 法向加压杆 （2.3） 之间安装有法向位移 传感器 （2.4） 、 法向荷载传感器 （2.5） ， 法向位移传感器 （2.4） 、 法向荷载传感器 （2.5） 实时监 测法向荷载和法向位移的大小。 6.根据权利要求5所述的一种模拟消落带库水环境的节理岩体动力剪切装置， 其特征 在于： 所述试验台承重轴 （2.1） 上放置有承样托盘 （2.6） ， 承样托盘 （2.6） 底端并排设置有可 转动的滚动轴 （2.7） 。 7.根据权利要求2所述的一种模拟消落带库水环境的节理岩体动力剪切装置， 其特征 在于： 所述切向加载机构 （3） 包括动力剪切杆 （3.1） ， 动力剪切杆 （3.1） 通过矫正垫块 （1.7） 与下剪切盒 （1.2） 连接为一体， 动力剪切杆 （3.1） 伸出试验仪壳体 （6） 外一端安装有切向位 移传感器 （3.2） 、 切向荷载传感器 （3.3） ， 切向位移传感器 （3.2） 、 切向荷载传感器 （3.3） 实时 监测切向荷载和 切向位移的大小。 8.根据权利要求1所述的一种模拟消落带库水环境的节理岩体动力剪切装置， 其特征 在于： 所述水压加载机构 （4） 包括进气管 （4.1） 、 出气管 （4.2） ， 其中进气管 （4.1） 一端与试验 仪壳体 （6） 内的压力气囊 （4.3） 连接、 另一端与氮气瓶 （4.4） 连接 。 9.根据权利要求1 ‑8中任意一项所述的一种 模拟消落带库水环境的节 理岩体动力 剪切 装置进行模拟试验的方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1） 、 从储水箱 （5.1） 中抽水， 直至注满整个试验仪壳体 （6） 的内腔， 然后关闭进水阀权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115032089 A 2与水泵； 注水期 间出气阀 （4.6） 需打开， 以便将试验装置内部气体排出； 由此模拟消落带水 位上升阶段； 步骤2） 、 将压力气囊 （4.3） 与外部压力控制系统连接， 打开氮气瓶 （4.4） 的进气阀 （4.5） ， 向压力气囊 （4.3） 充气， 可从压力表读取实时的水压力数值， 根据试验所需的水压 力， 调节气压调节阀门 （4.7） 至规定气压值； 此时， 压力系统将试验所需的水压力存储于压 力气囊 （4.3） 中， 然后传递给装置内部的水， 由此模拟消落带 水压力恒定阶段； 步骤3） 、 通过电脑 （9） 对动力剪切控制系统 （8） 进行操作， 首先对节理岩样施加法向荷 载， 然后控制动力剪切杆 （3.1） 对节理试样进行循环剪切； 可通过法向位移传感器 （2.4） 、 法 向荷载传感器 （2.5） 测量和记录法向应力和位移， 通过切向位移传感器 （3.2） 、 切向荷载传 感器 （3.3） 测量和记录切向应力和位移； 由此模拟消落带岩体在上部荷载及地震作用下的 动力剪切阶段； 步骤4） 、 在有压浸泡结束后， 关闭进气阀 （4.5） ， 打开出气阀 （4.6） ， 排出压力气囊 （4.3） 中的气体； 然后打开水阀， 通过水泵 （5.3） 反转， 将装置内的水泵入储 水箱中； 然后打开装置 的门， 让试样自然风干或可采用电热吹风加速风干， 模拟消落带的水位下降及风干过程。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115032089 A 3