一种预制含不同走向裂隙面岩体的物理模拟系统

摘要

一种预制含不同走向裂隙面岩体的物理模拟系统属于岩体物理模拟的技术领域，包括：岩体物理模拟试样制样装置和试样裂隙面角度调节装置。试样通过试样裂隙面角度调节装置调节试样裂隙面走向和深度，通过岩体物理模拟试样制样装置中模具盒建立试样模板，通过压板传力对试样压实，获得不同走向裂隙面岩体的物理模拟试样。本申请通过可调节裂隙走向面板提前固定好模拟裂隙面，为大批量预制含任意走向和不同贯穿程度裂隙面的模拟岩体试样提高效率。

说明书

技术领域

本申请涉及一种岩体物理模拟的技术领域，尤其涉及一种预制含不同走向裂隙面岩体的物理模拟系统。

背景技术

岩体中地应力的大小和方向对于岩体工程的变形和稳定性至关重要，因而对复杂地质环境中地应力场的研究愈发重要。工程岩体由岩块和结构面组成，在前期构造应力作用下，岩体中的断裂发育错综复杂，岩体的完整性遭到破坏，导致断裂局部应力场会随构造应力场(加载应力场)的变化而变化，但是具体的时空变化规律不得而知，尤其是断裂两盘岩体发生蠕变变形时，局部应力场的时空变化特征研究成果较少。

目前国内外学者针对此问题的研究，采取数值模拟、物理模拟和现场测量的方法，其中物理模拟作为一种在实验室环境下，系统模拟野外工程地质特征的分析方法更受到研究人员的青睐。在试验室中借助岩体力学试验系统对含有不同裂隙长度和裂隙倾角的类岩石试样进行加载试验，分析其应力场和破裂演化规律。但试样制备对于这类试验是一个相对繁琐却又必不可少的步骤。目前，对于岩体中裂隙面的预制普遍无法进行角度、深度的系统调节，且试样的加压方式只是片面的竖向压密。本申请针对现有方式的缺点，提出一种岩体物理模拟装置，系统化制作主破裂岩体试样，实现主破裂走向可控用以解决现有岩体物理模拟中制样繁琐、结构面无法按设计方案加载的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种预制含不同走向裂隙面岩体的物理模拟系统，包括：岩体物理模拟试样制样装置和试样裂隙面角度调节装置；

所述岩体物理模拟试样制样装置包括：固定板(1)、底板(2)、模具盒(3)和传力架(13)；

所述固定板(1)设置于所述岩体物理模拟试样制样装置的底部，所述固定板(1)的朝向所述岩体物理模拟试样制样装置的一面设置有中央卡槽和边缘卡槽；所述中央卡槽中设置有所述底板(2)，所述底板(2)上部的卡槽内设置有组装好的模具盒(3)；所述模具盒(3)四面有预留的模具盒固定孔(4)，用于安装和固定所述模具盒(3)；所述传力架(13)由两块嵌接的压力板组装而成；

所述试样裂隙面角度调节装置包括：裂隙面支撑架(5)、裂隙面固定板(6)、裂隙面固定孔(7)、裂隙面固定节(8)、裂隙面角度调节板(9)、裂隙面板(10)、下压板裂隙面调节板(11)、下压板裂隙面调节固定板(12)；

所述裂隙面支撑架(5)设置于所述固定板(1)的边缘卡槽中，所述裂隙面固定孔(7)设置于裂隙面角度调节板(9)上，所述裂隙面固定节(8)为对称的两部分，与裂隙面支撑架(5)上部通过螺纹固定，所述压板裂隙面调节板(11)设置于所述固定板(1)的中央卡槽中；

所述裂隙面板(10)充当模拟的裂隙走向深度，垂直穿过所述裂隙面角度调节板(9)和压板裂隙面调节板(11)，通过裂隙面固定板(6)固定住裂隙面角度调节板(9)和裂隙面板(10)，调节裂隙面走向和深度，通过裂隙面固定节(8)插入裂隙面固定孔(7)配合固定住裂隙面角度调节板(9)；下压板裂隙面调节固定板(12)与裂隙面支撑架(5)横杆下部通过固定轴(14)成螺纹固定，在压力板上下施压时为了省力和查看土体试样状态，将裂隙面调节固定板(12)绕固定轴(14)旋转至与裂隙面支撑架(5)上部平行，放置抬起的传力架(13)；

可选地，将裂隙面板(10)放入系统内部，通过裂隙面角度调节板(9)调节高度和走向，考虑到裂隙面板(10)在调节后的固定问题，此时通过裂隙面固定节(8)插入裂隙面固定孔(7)锁定裂隙面角度调节板(9)，通过外加卡扣锁定裂隙面板高度。

可选地，包括：将模具盒(3)和底板(2)分别固定在固定板(1)的中央卡槽和边缘卡槽中；

试验材料按配比分层平铺于试样盒，绕固定轴(14)旋转下压板裂隙面调节板(12)至与裂隙面支撑架(5)垂直，将下压板裂隙面调节板(11)、传力架(13)依次组合，组合好后放置于材料上部，与材料上部面完全接触贴合；

将整个实验装置放入压力机内，使所述压力机作用于传力架(13)上部；

所述传力架(13)在所述压力机的作用下，对所述试样盒中的试验材料进行逐层压实；

压实完成后切除超出模具盒部分。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种预制含不同走向裂隙面岩体的物理模拟制样装置，其特征在于：装置底部为固定板，固定板中央设置有贯穿的凹槽用以卡放试样，模具盒两侧设有前后贯穿的滑轨用以卡放裂隙面支撑杆，即保证整个预制过程中各零部件间处于水平状态且可调整预制裂隙面的位置。

模具盒侧身由四个相同的直角侧边板拼接组合而成，每个模具盒契合处有模具盒固定孔，在模具盒固定孔内嵌入对应的螺钉固定模具盒的侧身保证水平方向稳定，底板卡槽的扣合保证了模具盒工作时的垂直方向稳定，此两项结构结合，保证模具盒能够抵抗试样在压实时释放的反力；

整个转动压板结构由裂隙面支撑架(5)，裂隙面固定板(6)，裂隙面角度调节板(9)，裂隙面板(10)组成，在制备试样前，将裂隙面板(10)插入裂隙面固定板到达试验预设深度，再通过裂隙面角度调节板(9)调整到预设角度，调节好之后将裂隙面固定节(8)插入裂隙面固定孔(7)，继而保证了整个裂隙面板固定，通过卡扣将裂隙面板的深度固定；

如图5，本申请的压板由上下两部分组成，上部分受力压板承受压力机压力，下部分的施力压板通过压力传递压实试样。为保证裂隙面板(10)走向可调，在拼接的下压板中间设置有可随裂隙面板(10)转动的下压板裂隙面调节固定板(12)，该板采取与外侧压板内接转动的形式，既保证可预制不同走向的裂隙面且可对试样进行无缝压实。

如图6，本申请的压板由传力架(13)和下压板裂隙面调节板(11)拼接组成，下压板裂隙面调节板(11)在拼接后能旋转，裂隙面板(10)下部插入下压板裂隙面调节板(11)中央，保证通过裂隙面角度调节板(9)调节裂隙面板(10)走向时下部能够随之旋转。

在试样制备时，首先向传力架(13)顶部受力压板施力，通过传力架(13)传递到下压板，使得能够对模具盒内的试样材料施加压力，在向模具盒内试样施力的过程中，为了使试样压密固结并与模拟岩体性质更加接近，需在制备试样过程中反复填土，反复压实，直至整个试样被压实固结完成。其解决方案是将压板抬至裂隙面固定板(6)与下压板裂隙面调节固定板(12)之间的高度，将下压板裂隙面调节固定板(12)绕固定轴(14)由裂隙面横杆垂直的位置旋转至与裂隙面横杆平行的位置，如图7，压板下部放置于这个位置，与下方模具盒留有一定的空隙，方便查看和添加试样。

本申请提供的技术方案，具有如下有益效果：

能够通过该装置得到模拟试验时需要的预制相应裂隙面的岩体试样，试样制备过程操作简单快捷，能够得到任意走向和深度的预制裂隙面的岩土试样，可行性好，精确度较高。

附图说明

图1是本申请实施例提供的岩体物理模拟装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的岩体物理模拟装置的正视图；

图3是本申请实施例提供的岩体物理模拟装置的俯视图

图4是本申请实施例中固定裂隙面的示意图；

图5是本申请实施例中压板的示意图；

图6是本申请实施例中压板的分解图；

图7是本申请实施例中查看试样的装置图；

图8是本申请实施例中底板的示意图。

结构说明：

1-固定板；2-底板；3-模具盒；4-模具盒固定孔；5-裂隙面支撑架；6-裂隙面固定板；7-裂隙面固定孔；8-裂隙面固定节；9-裂隙面角度调节板；10-裂隙面板；11-下压板裂隙面调节板；12-下压板裂隙面调节固定板；13-传力架；14-固定轴。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

首先将模具底板(2)固定于固定板(1)的凹槽里，将四块模具盒拼接板(3)进行拼装并置于模具底板之上形成模具盒。之后将裂隙面支撑架底部两脚也固定于固定架(1)凹槽中，并将裂隙面固定孔(7)对准试样中心便于下一步工作。

试样预制时，在裂隙面支撑架固定之后，按照试验方案调节裂隙面板(10)的高度并固定于裂隙面固定板(9)，转动裂隙面固定板调整裂隙面板的走向，将裂隙面固定节(8)置于裂隙面固定孔(7)中固定裂隙面板的走向角度，将下压板裂隙面调节板(12)穿过裂隙面板放置于下压板裂隙面调节固定面板(12)之上。

试验材料按配比分层平铺于试样盒，绕对称轴(10)旋转下压板裂隙面调节板(12)，将传力架(13)与下压板裂隙面调节板(11)拼装好后放置于材料上部。将整个实验装置放入压力机内，压力机作用于传力架(13)上部，进行压实。反复此过程进行逐层压实，分层压制时将应变测量装置同材料一并进行该层压实，每次压实后进行刮毛防止试样由于分层压制而产生分层面。待试样压制完成后切除上部超出模具盒部分，养护完成后方可进行下一步试验。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。