岩石楔形剪切试验机是一种专门用于测试岩石材料抗剪切性能的精密仪器，广泛应用于地质工程、矿业工程、水利水电工程等领域，主要用于研究岩石在剪切荷载作用下的力学行为，为工程设计、稳定性分析提供关键参数。

核心测试原理

岩石的剪切破坏是工程中常见的失稳形式（如滑坡、岩质边坡坍塌等），楔形剪切试验通过楔形加载装置对岩石试样施加剪切力，模拟实际工程中岩石沿某一潜在滑动面（如节理、裂隙）的剪切受力状态。其基本原理是：利用两个对称的楔形块（上楔块和下楔块），通过垂直方向的加载力转化为水平方向的剪切力，使试样沿预设的剪切面发生相对滑动，记录剪切过程中的荷载、位移数据，最终计算抗剪强度（包括黏聚力、内摩擦角等参数）。

设备结构组成

加载系统

垂直加载机构：通常采用液压油缸或伺服电机，提供垂直方向的驱动力。

楔形转换装置：核心部件，由上、下楔形块组成（楔形角通常为15°~45°），将垂直荷载转化为水平剪切力，剪切力大小与垂直力、楔形角的三角函数值相关（剪切力 = 垂直力 ×tan (楔形角)）。

试样夹持系统

用于固定岩石试样，确保剪切面位置精准，避免试样在加载过程中发生偏移或旋转。

部分设备可调节剪切面角度，模拟不同倾角的节理面剪切情况。

测量与控制系统

传感器：包括荷载传感器（测量垂直力和剪切力）、位移传感器（测量剪切位移、法向位移），精度通常达0.1% FS（满量程）。

控制系统：采用计算机伺服控制，可实现加载速率调节、位移或荷载闭环控制，自动记录试验数据并绘制曲线（如剪切力- 剪切位移曲线、法向力 - 法向位移曲线）。

机架结构

由高强度钢材制成，提供刚性支撑，确保加载过程中机架变形量极小，避免因机架弹性变形影响测试精度。

主要测试功能

基本抗剪强度测试

在不同法向应力条件下（通过施加垂直预荷载实现），测定岩石或岩石节理面的剪切强度，拟合抗剪强度公式（库仑定律：τ = c + σtanφ，其中 τ 为抗剪强度，c 为黏聚力，σ 为法向应力，φ 为内摩擦角）。

剪切变形特性分析

研究剪切过程中的位移变化规律，分析弹性阶段、塑性阶段、峰值破坏及残余强度阶段的力学特征，评估岩石的剪切刚度、峰值后强度衰减特性。

主要技术参数：

最大法向压力：500kN

显示精度：≤±1%（优于 Ⅰ 级）

法向活塞最大行程：100mm

最大切向剪力：300kN

示值精度：≤±1%（优于 Ⅰ 级）

切向活塞工作行程：100mm

最大切向间距：160mm

最大法向间距：155mm（可水平调节）

直剪盒：标准φ50*50mm

重量：约 450kg

依据标准：

DZ/T 0276.25-20152：由中国地质矿产行业发布，是《岩石物理力学性质试验规程》的第 25 部分，规定了岩石抗剪强度试验的方法和要求等，适用于各类岩石抗剪强度试验，岩石楔形剪切试验机可参照此标准进行相关试验操作与数据处理。

ASTM D56072：该标准名称为《在恒定正态力下进行岩石试样的实验室直接剪切强度试验的标准试验方法》，规定了在实验室条件下，对岩石试样进行直接剪切强度试验的要求和程序，包括试样制备、试验设备、试验步骤以及结果计算等，岩石楔形剪切试验机依据此标准可开展相关试验，适用于硬岩、软岩和混凝土等材料。