一种类岩石材料试件制备装置及使用方法

摘要

本发明公开了一种类岩石材料试件制备装置及使用方法，装置包括浇筑模具和裂隙定位夹具；浇筑模具包括一块底板、两块侧板和两块夹板，底板垂直且可拆卸的设置于底板两侧，夹板垂直且可拆卸的设置于底板两端，并且夹板两端与侧板拼接，底板、侧板与夹板围成顶部开口的模具型腔，侧板、夹板和底板形成类岩石试样浇筑空间；裂隙定位夹具包括钢片固定件滑槽、若干组钢片固定件和若干片预制裂隙钢片，一个钢片固定件滑槽能够与若干钢片固定件匹配安装，一个钢片固定件能够与若干个预制裂隙钢片匹配安装。本发明具有结构简单、操作方便、适用性广、能控制裂隙数量、尺寸、方位和能与实验室现有大多数浇筑模具配套使用的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及岩石材料制备技术领域，更具体的说是涉及一种类岩石材料试件制备装置及使用方法。

背景技术

在采矿工程、地下隧道工程、水利工程、交通运输工程、石油开采和核废料地下深埋工程等岩土工程领域，需要进行大量岩石力学室内实验，但现场取材很难达到针对某一裂隙特征的岩石力学特性研究，而基于相似模拟理论，在实验室利用石膏、沙子、水泥等材料制备类岩石材料来代替原岩材料重塑岩石可以有效再现不同裂隙条件下的破裂岩石力学特性研究，为实际工程应用提供科学依据。

目前含裂隙类岩石材料采用模具制作过程中存在如下不足之处：

1、裂隙的数量不可改变，只能制作含单裂隙类岩石试样的模具，对于含双裂隙或多裂隙的类岩石材料制作较难；

2、裂隙的尺寸和方位不可改变，只能制作固定尺寸和位置的裂隙；

3、不能利用实验室现有的大多数浇筑模具，不同尺寸的类岩石材料对应不同的浇筑模具，模具制造成本太高。

因此，如何提供一种类岩石材料试件制备装置及使用方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种类岩石材料试件制备装置及使用方法，以至少解决上述背景技术部分所提出的问题之一。

为了实现上述方案，本发明采用以下技术方案：

一种类岩石材料试件制备装置，包括浇筑模具和裂隙定位夹具；所述浇筑模具包括一块底板、两块侧板和两块夹板，所述底板垂直且可拆卸的设置于所述底板两侧，所述夹板垂直且可拆卸的设置于所述底板两端，并且所述夹板两端与所述侧板拼接，所述底板、所述侧板与所述夹板围成顶部开口的模具型腔，所述侧板、所述夹板和所述底板形成类岩石试样浇筑空间；

所述裂隙定位夹具包括钢片固定件滑槽、若干组钢片固定件和若干片预制裂隙钢片，一个所述钢片固定件滑槽能够与若干所述钢片固定件匹配安装，一个所述钢片固定件能够与若干个所述预制裂隙钢片匹配安装；所述钢片固定件滑槽与所述侧板和夹板可拆卸连接，所述钢片固定件滑槽能够在两个垂直方向伸缩；所述钢片固定件与所述钢片固定件滑槽可拆卸连接，并且所述钢片固定件可在所述钢片固定件滑槽上滑动；所述预制裂隙钢片固定在所述钢片固定件上，并且伸入所述类岩石试样浇筑空间内。

优选的，在上述一种类岩石材料试件制备装置中，所述底板为板状长方体形，所述底板上表面开设有对称设置的两个纵向凹槽和对称设置的两个横向凹槽，所述纵向凹槽与所述侧板的底边相适配，所述横向凹槽与所述夹板的底边相适配；

所述侧板为板状长方体形，所述侧板内侧面两端开设有对称设置的夹板插槽，所述夹板插槽平行所述侧板的内侧面短边设置，所述夹板插槽与所述夹板左右两侧边相适配；

所述底板上固定有对称设置的螺杆，所述螺杆位于所述横向凹槽外侧，所述侧板两端均对称设置有螺纹孔，螺纹孔位于所述夹板插槽外侧，两个所述侧板上的螺纹孔通过连接杆连接，所述连接杆为圆柱状，所述连接杆两端均设置有螺纹，中间设置有固定孔；所述连接杆的两端穿过两个所述侧板上的螺纹孔，并且所述固定孔穿过所述螺杆，所述连接杆的两端与所述螺杆的顶端均旋有螺母，通过螺母将所述侧板与所述底板的固定。

优选的，在上述一种类岩石材料试件制备装置中，所述钢片固定件滑槽为长方体框状，所述钢片固定件滑槽由滑动件、两个直角滑槽件Ⅰ和两个直角滑槽件Ⅱ构成，两个所述直角滑槽件Ⅰ对角设置，两个所述直角滑槽件Ⅱ对角设置，相邻的所述直角滑槽件Ⅰ和所述直角滑槽件Ⅱ之间滑动连接。

优选的，在上述一种类岩石材料试件制备装置中，所述直角滑槽件Ⅰ包括L形的套筒结构滑槽Ⅰ和连接在所述L形的套筒结构滑槽Ⅰ两端的套杆Ⅰ和套盒Ⅰ，并且所述套盒Ⅰ的外侧设置有直滑槽Ⅰ；

所述直角滑槽件Ⅱ包括L形的套筒结构滑槽Ⅱ和连接在所述L形的套筒结构滑槽Ⅱ两端的套杆Ⅱ和套盒Ⅱ，并且所述套盒Ⅱ的外侧设置有直滑槽Ⅱ；

相邻的所述套杆Ⅰ和所述套盒Ⅱ的截面为匹配的梯形状，所述套杆Ⅰ插入所述套盒Ⅱ内，且滑动连接；相邻的所述套杆Ⅱ和所述套盒Ⅰ的截面为匹配的梯形状，所述套杆Ⅱ插入所述套盒Ⅰ内，滑动连接，通过所述套杆Ⅰ和所述套盒Ⅱ、所述套杆Ⅱ和所述套盒Ⅰ的滑动配合，使所述钢片固定件滑槽能够在两个垂直的方向上伸缩。

优选的，在上述一种类岩石材料试件制备装置中，所述L形的套筒结构滑槽Ⅰ、所述套杆Ⅰ、所述直滑槽Ⅰ、所述L形的套筒结构滑槽Ⅱ、所述套杆Ⅱ和所述直滑槽Ⅱ的上表面开有⊥形滑槽孔，所述滑动件包括滑动螺杆，所述滑动螺杆的上端旋有螺帽，所述滑动件的下端设置有滑动盘，所述滑动件和所述⊥形滑槽孔配合，所述滑动盘能够在所述⊥形滑槽孔内自由滑动，所述钢片固定件滑槽通过所述滑动件与所述钢片固定件连接。

优选的，在上述一种类岩石材料试件制备装置中，所述L形的套筒结构滑槽Ⅰ和所述L形的套筒结构滑槽Ⅱ外侧面设置有固定部，所述固定部为板状长方体形，所述固定部内侧面与所述侧板和所述夹板外侧面接触；所述L形的套筒结构滑槽Ⅰ、所述套杆Ⅰ、所述套盒Ⅰ、所述L形的套筒结构滑槽Ⅱ、所述套杆Ⅱ和所述套盒Ⅱ的顶部均设置有刻度线。

优选的，在上述一种类岩石材料试件制备装置中，钢片固定件由夹片Ⅰ和夹片Ⅱ组成，所述夹片Ⅰ、夹片Ⅱ均为套筒结构；所述夹片Ⅰ包括夹片Ⅰ套盒和夹片Ⅰ套杆，所述夹片Ⅰ套杆插入所述夹片Ⅰ套盒内；所述夹片Ⅱ包括夹片Ⅱ套盒和夹片Ⅱ套杆，所述夹片Ⅱ套杆插入所述夹片Ⅱ套盒内，所述夹片Ⅱ套盒和夹片Ⅱ套杆的端部设置有夹片固定部；

所述夹片Ⅰ、所述夹片Ⅱ两端为夹片连接部，所述夹片Ⅰ的两端内侧面对称设置有连接螺杆，所述夹片Ⅱ的两端内侧面对称设置有与所述连接螺杆配合的螺纹孔，所述连接螺杆端部穿过所述夹片Ⅱ的螺纹孔旋有螺帽，通过调节螺帽在所述连接螺杆上的位置，进而调节所述夹片Ⅰ和所述夹片Ⅱ之间的距离，对所述预制裂隙钢片进行夹紧。

优选的，在上述一种类岩石材料试件制备装置中，所述夹片固定部为长条通孔状，中间开有长孔，所述滑动件的所述滑动螺杆顶端穿过所述长孔并旋有螺帽，通过滑动件将所述钢片固定件安装到钢片固定件滑槽上表面。

优选的，在上述一种类岩石材料试件制备装置中，所述夹片Ⅰ套盒和夹片Ⅰ套杆的截面为匹配的梯形状，所述夹片Ⅱ套盒和所述夹片Ⅱ套杆的截面为匹配的梯形状，且所述夹片Ⅰ套盒和夹片Ⅰ套杆配合后内侧面在同一平面，所述夹片Ⅱ套盒和夹片Ⅱ套杆配合后内侧面在同一平面。

一种类岩石材料试件制备装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将连接杆安装在螺杆上，两个侧板分别通过螺纹孔与连接杆固定连接，并将侧板底部固定于纵向凹槽内，然后将夹板从侧板的夹板插槽插入，直至与底板的横向凹槽抵接，连接杆两端以及螺杆顶部通过螺母拧紧固定，形成浇筑模具；

步骤二、将钢片固定件滑槽调节至和浇筑空间模具尺寸配合的长度和宽度，然后将钢片固定件滑槽装到浇筑模具上，将钢片固定件上夹片固定部的长孔穿过滑动件上部，将滑动件的滑动螺杆顶端穿过夹片固定部的长孔，通过滑动件将钢片固定件安装到钢片固定件滑槽上表面；然后将和预制裂隙尺寸相同的预制裂隙钢片穿过夹片Ⅰ和夹片Ⅱ之间，伸入到浇筑模具内，直至抵接底板，然后将连接螺杆上的螺帽拧紧固定预制裂隙钢片；

步骤三、滑动钢片固定件到预制裂隙的位置，由钢片固定件带动预制裂隙钢片旋转，确定角度后，通过滑动螺杆的螺帽将钢片固定件固定；

步骤四、浇筑类岩石材料，浇筑到与夹板平齐时停止浇筑，初凝后将钢片固定件、钢片固定件滑槽和预制裂隙钢片一起取下，24h后脱膜放入养护箱养护28天，制得含预制裂隙的类岩石材料；

在上述步骤二中，多个所述钢片固定件能够与一个所述钢片固定件滑槽匹配设置，多个所述预制裂隙钢片能够与一个所述钢片固定件匹配设置。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种类岩石材料试件制备装置及使用方法，具有结构简单、操作方便、适用性广、能控制裂隙数量、尺寸、方位的特点。本发明能制备含复杂裂隙的类岩石材料，较水刀切割等技术精度高，并且能方便调节裂隙几何尺寸及分布，适用性强；同时本发明装置的裂隙定位夹具部分可适用于大多现有实验室浇筑模具，扩展了现有浇筑模具功能，降低试验成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明一种类岩石材料试件制备装置的整体结构示意图；

图2附图为本发明底板的结构示意图；

图3附图为本发明侧板的结构示意图；

图4附图为本发明夹板的结构示意图；

图5附图为本发明钢片定位件滑槽的结构示意图；

图6附图为本发明钢片定位件滑槽的爆炸图；

图7附图为本发明钢片定位件的结构示意图；

图8附图为本发明钢片定位件的爆炸图；

图9附图为本发明预制裂隙钢片的结构示意图；

图10附图为本发明连接杆的结构示意图。

图11附图为本发明浇筑模具的结构示意图。

图12附图为本发明裂隙定位夹具的结构示意图。

图13附图为本发明一种类岩石材料试件制备装置的一种使用状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种类岩石材料试件制备装置，包括浇筑模具1和裂隙定位夹具2；浇筑模具1包括一块底板11、两块侧板12和两块夹板13，底板11垂直且可拆卸的设置于底板11两侧，夹板13垂直且可拆卸的设置于底板11两端，并且夹板13两端与侧板12拼接，底板11、侧板12与夹板13围成顶部开口的模具型腔，侧板12、夹板13和底板11形成类岩石试样浇筑空间；

裂隙定位夹具2包括钢片固定件滑槽21、若干组钢片固定件22和若干片预制裂隙钢片23，一个钢片固定件滑槽21能够与若干钢片固定件22匹配安装，一个钢片固定件22能够与若干个预制裂隙钢片23匹配安装；钢片固定件滑槽21与侧板12和夹板13可拆卸连接，钢片固定件滑槽21能够在两个垂直方向伸缩；钢片固定件22与钢片固定件滑槽21可拆卸连接，并且钢片固定件22可在钢片固定件滑槽21上滑动；预制裂隙钢片23固定在钢片固定件22上，并且伸入类岩石试样浇筑空间内。

为了进一步优化上述技术方案，底板11为板状长方体形，底板11上表面开设有对称设置的两个纵向凹槽111和对称设置的两个横向凹槽112，纵向凹槽111与侧板12的底边相适配，横向凹槽112与夹板13的底边相适配；

侧板12为板状长方体形，侧板12内侧面两端开设有对称设置的夹板插槽121，夹板插槽121平行侧板12的内侧面短边设置，夹板插槽121与夹板13左右两侧边相适配；

底板11上固定有对称设置的螺杆113，螺杆113位于横向凹槽112外侧，侧板12两端均对称设置有螺纹孔，螺纹孔位于夹板插槽121外侧，两个侧板12上的螺纹孔通过连接杆114连接，连接杆114为圆柱状，连接杆114两端均设置有螺纹，中间设置有固定孔；连接杆114的两端穿过两个侧板12上的螺纹孔，并且固定孔穿过螺杆113，连接杆114的两端与螺杆113的顶端均旋有螺母，通过螺母将侧板12与底板11的固定。

为了进一步优化上述技术方案，钢片固定件滑槽21为长方体框状，钢片固定件滑槽21由滑动件211、两个直角滑槽件Ⅰ212和两个直角滑槽件Ⅱ213构成，两个直角滑槽件Ⅰ212对角设置，两个直角滑槽件Ⅱ213对角设置，相邻的直角滑槽件Ⅰ212和直角滑槽件Ⅱ213之间滑动连接。

为了进一步优化上述技术方案，直角滑槽件Ⅰ212包括L形的套筒结构滑槽Ⅰ2121和连接在L形的套筒结构滑槽Ⅰ2121两端的套杆Ⅰ2122和套盒Ⅰ2123，并且套盒Ⅰ2123的外侧设置有直滑槽Ⅰ2124；

直角滑槽件Ⅱ213包括L形的套筒结构滑槽Ⅱ2131和连接在L形的套筒结构滑槽Ⅱ2131两端的套杆Ⅱ2132和套盒Ⅱ2133，并且套盒Ⅱ2133的外侧设置有直滑槽Ⅱ2134；

相邻的套杆Ⅰ2122和套盒Ⅱ2133的截面为匹配的梯形状，套杆Ⅰ2122插入套盒Ⅱ2133内，且滑动连接；相邻的套杆Ⅱ2132和套盒Ⅰ2123的截面为匹配的梯形状，套杆Ⅱ2132插入套盒Ⅰ2123内，滑动连接，通过套杆Ⅰ2122和套盒Ⅱ2133、套杆Ⅱ2132和套盒Ⅰ2123的滑动配合，使钢片固定件滑槽21能够在两个垂直的方向上伸缩。

为了进一步优化上述技术方案，L形的套筒结构滑槽Ⅰ2121、套杆Ⅰ2122、直滑槽Ⅰ2124、L形的套筒结构滑槽Ⅱ2131、套杆Ⅱ2132和直滑槽Ⅱ2134的上表面开有⊥形滑槽孔，滑动件211包括滑动螺杆2111，滑动螺杆2111的上端旋有螺帽，滑动件211的下端设置有滑动盘2112，滑动件211和⊥形滑槽孔配合，滑动盘2112能够在⊥形滑槽孔内自由滑动，钢片固定件滑槽21通过滑动件211与钢片固定件22连接。

为了进一步优化上述技术方案，L形的套筒结构滑槽Ⅰ2121和L形的套筒结构滑槽Ⅱ2131外侧面设置有固定部214，固定部214为板状长方体形，固定部214内侧面与侧板12和夹板13外侧面接触；L形的套筒结构滑槽Ⅰ2121、套杆Ⅰ2122、套盒Ⅰ2123、L形的套筒结构滑槽Ⅱ2131、套杆Ⅱ2132和套盒Ⅱ2133的顶部均设置有刻度线。

为了进一步优化上述技术方案，钢片固定件22由夹片Ⅰ221和夹片Ⅱ222组成，夹片Ⅰ221、夹片Ⅱ222均为套筒结构；夹片Ⅰ221包括夹片Ⅰ套盒2211和夹片Ⅰ套杆2212，夹片Ⅰ套杆2212插入夹片Ⅰ套盒2211内；夹片Ⅱ222包括夹片Ⅱ套盒2221和夹片Ⅱ套杆2222，夹片Ⅱ套杆2222插入夹片Ⅱ套盒2221内，夹片Ⅱ套盒2221和夹片Ⅱ套杆2222的端部设置有夹片固定部223；

夹片Ⅰ221、夹片Ⅱ222两端为夹片连接部，夹片Ⅰ221的两端内侧面对称设置有连接螺杆224，夹片Ⅱ222的两端内侧面对称设置有与连接螺杆224配合的螺纹孔，连接螺杆224端部穿过夹片Ⅱ222的螺纹孔旋有螺帽，通过调节螺帽在连接螺杆224上的位置，进而调节夹片Ⅰ221和夹片Ⅱ222之间的距离，对预制裂隙钢片23进行夹紧。

为了进一步优化上述技术方案，夹片固定部223为长条通孔状，中间开有长孔，滑动件211的滑动螺杆2111顶端穿过长孔并旋有螺帽，通过滑动件211将钢片固定件22安装到钢片固定件滑槽21上表面。

为了进一步优化上述技术方案，夹片Ⅰ套盒2211和夹片Ⅰ套杆2212的截面为匹配的梯形状，夹片Ⅱ套盒2221和夹片Ⅱ套杆2222的截面为匹配的梯形状，且夹片Ⅰ套盒2211和夹片Ⅰ套杆2212配合后内侧面在同一平面，夹片Ⅱ套盒2221和夹片Ⅱ套杆2222配合后内侧面在同一平面。

一种类岩石材料试件制备装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将连接杆114安装在螺杆113上，两个侧板12分别通过螺纹孔与连接杆114固定连接，并将侧板12底部固定于纵向凹槽111内，然后将夹板13从侧板12的夹板插槽121插入，直至与底板11的横向凹槽112抵接，连接杆114两端以及螺杆113顶部通过螺母拧紧固定，形成浇筑模具1；

步骤二、将钢片固定件滑槽21调节至和浇筑空间模具尺寸配合的长度和宽度，然后将钢片固定件滑槽21装到浇筑模具1上，将钢片固定件22上夹片固定部223的长孔穿过滑动件211上部，将滑动件211的滑动螺杆2111顶端穿过夹片固定部223的长孔，通过滑动件211将钢片固定件22安装到钢片固定件滑槽21上表面；然后将和预制裂隙尺寸相同的预制裂隙钢片23穿过夹片Ⅰ221和夹片Ⅱ222之间，伸入到浇筑模具1内，直至抵接底板11，然后将连接螺杆224上的螺帽拧紧固定预制裂隙钢片23；

步骤三、滑动钢片固定件22到预制裂隙的位置，由钢片固定件22带动预制裂隙钢片23旋转，确定角度后，通过滑动螺杆2111的螺帽将钢片固定件22固定；

步骤四、浇筑类岩石材料，浇筑到与夹板13平齐时停止浇筑，初凝后将钢片固定件22、钢片固定件滑槽21和预制裂隙钢片23一起取下，24h后脱膜放入养护箱养护28天，制得含预制裂隙的类岩石材料；

在上述步骤二中，多个钢片固定件22能够与一个钢片固定件滑槽21匹配设置，多个预制裂隙钢片23能够与一个钢片固定件22匹配设置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。