岩体力学参数是矿山岩体工程设计和稳定性评价的基础数据，获取可靠的力学参数并解决工程实际问题，一直是矿山岩石力学工作者的主要研究内容。

　　目前，抗剪强度原位测试技术应用范围主要集中在土体，且测试设备相对单一，尤其在矿山岩体中测试应用较少。中国煤科西安研究院张幼振研究员团队创新性地提出了预钻式岩体剪切测量系统，该系统可以测量矿山原位岩体的内摩擦角和黏聚力，与传统室内试验和现场测试相比，该测试方法可以最大限度保持岩体本质状态，方便快捷获取测试数据。

　　原位岩体剪切测量系统总体模块设计框图

　　原位岩体剪切测量系统由岩体侵入模块、剪切强度测量模块、数据采集存储模块构成，可以对不同类型的岩体进行剪切测试，并将结果记录，方便后期数据分析和处理。其中，岩体侵入模块主要是手动液压泵对剪切仪加压，楔形刀具径向侵入岩体;剪切强度测量模块可由液压钻机提供轴向力，带动剪切仪对孔壁岩体轴向剪切;数据采集存储模块主要利用剪切仪内置磁致伸缩传感器对位移进行测量，经过数字显示表传递至计算机软件系统，实现数据接收、显示、以及曲线分析等功能。

　　预钻式原位岩体剪切仪结构示意图

　　预钻式原位岩体剪切仪为中腔式圆柱型设计，仪器总长约为940 mm，外部套有6个弹性片和2层平行楔形刀具。仪器主要由剪切装置、加压装置、位移装置、转换接头等4部分组成。剪切装置利用弹性片中部焊接刀具径向移动侵入岩体，刀具外径75 mm，弹性片完全扩张时，最大侵入范围约为10 mm;加压装置主要将手动液压泵提供的液压动力转换为楔形滑块的轴向力;位移装置利用楔形滑块的轴向移动使弹性剪切片发生弓形变形，滑块轴向最大位移约为210 mm，为剪切装置的1/2;转换接头主要用于剪切仪从钻孔下位、提取，及后续岩体剪切轴向拉力的承载传递。

　　剪切仪内置直流24 V磁致伸缩传感器，刀具径向侵入岩体时，利用磁场相交产生的应变脉冲信号准确换算出侵入岩体位置。仪器遵从MODBUS协议，RS485差分接受信号，抑制了共模干扰。同时，由于传感器是非接触式，避免岩体侵入中造成磨损，使剪切仪具有高分辨率、高可靠性和响应时间快等优点。

1–手动液压泵1;2–压力表1;3–手动液压泵2;4–压力表2;5–液压管线;6–卡钳;7–千斤顶;8–调平底座;9–数据传输线;10–电源;11–数字显示表;12–计算机;13–楔形刀具;14–剪切仪;15–钻孔;16–岩体　　

剪切测量系统总体布局示意图

　　为了验证系统方法的工程适用性，研究对测量系统进行了标定试验，并在混凝土平台进行了岩体侵入试验与剪切试验。剪切试验结果与室内直剪试验相比，内摩擦角小24.77%~41.33%，黏聚力小13.11%~32.84%。针对试验结果的差异性，从仪器设备和试验方式进行了分析，指出试验误差主要来源于设备剪切加载方式的变化和岩体直剪试验方法的不同。研究结果为矿山原位岩体力学参数的准确测量提供了新的思路和方法，也为后续系统的改进设计提供借鉴参考。

　　这项研究得到了国家自然科学基金项目的资金支持，成果以《预钻式原位岩体剪切测量系统研制与试验分析》为题，于7月28日发表于《煤田地质与勘探》。