裂隙岩体模型试样的制样模具制造技术

一种裂隙岩体模型试样的制样模具，包括底座和外框结构，所述外框结构的内腔为用于形成所述裂隙岩体模型试样的腔体，所述外框结构位于所述底座上，所述制样模具还包括插板和裂隙位置调节结构，所述插板为易熔合金材料制作的插板，所述易熔合金材料为常温下固态成型且通过加热到熔点温度发生熔化的材料；所述裂隙位置调节结构位于所述外框结构内，所述裂隙位置调节结构与所述插板连接。本发明专利技术能够方便、快速地制作含复杂三维裂隙的岩体试样模型，严格控制裂隙的大小和方向，可同时考虑裂隙有充填与无充填情况，能满足反复进行制样的要求，且可以根据试样尺寸的不同进行组合、拼装，提高制样模具的实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于制作含复杂三维裂隙网络的岩体制样模具，特别的是本专利技术可根据试验要求将制样模具进行多种组合，实现不同尺度的岩体模型制作。本专利技术属于工程

技术介绍
岩石与岩体的重要区别就是岩体中含有裂隙面，裂隙面破坏了岩石自身的完整性和连续性，岩体的强度要远低于岩石强度。由于岩体是地质历史作用的产物，并遭受到后期地壳运动和地球外部营力的重新塑造，具有一定的岩石组成和裂隙网络，因此，岩体不是均质的，而是非均质、各向异性和非连续的复合结构体，非连续面的力学性质常常决定了整个岩体的力学特性。此外，由于裂隙面的几何形状与空间展布规律的不同，导致了岩体的强度、变形特性存在明显的差异性。随着我国水电、交通、铁道、能源、矿山、军工等领域的基础设施建设进入高速发展期，出现一大批规模宏大、地质条件极为复杂的重大工程，而非连续面的力学行为在一定程度上决定了这些工程岩体结构的安全性。因此，亟需开展、加强有关裂隙岩体力学性质及其破坏机理的基础研究工作。试验方法是目前研究含裂隙岩体的变形与强度特性的重要手段。但考虑到天然岩石试样结构的复杂性与取样难度，一般很难通过真实的岩石试样对其的力学变形特性与破坏规律进行研究，学者们通常采用制作含裂隙岩体模型来替代天然岩石试样。目前，国内外关于含裂隙岩石试样的制作仍然是一个难点，已成为制约岩石试验研究进步的瓶颈。在本专利技术之前，国内主要的含裂隙r>岩体模型制样装置或方法简介如下：(1)2006年，林鹏介绍了一种制作单裂纹缺陷试件的方法，该方法中裂纹通过超声波加工预制成型，并对裂缝进行混合材料的填充。(2)2006年，公开号为CN1800085A的中国专利申请《用于裂隙岩石试验的类岩石陶瓷材料及其试件制备方法》中，提供了一种用于裂隙岩石试验的类岩石陶瓷材料及其试件制备方法，侧重于陶瓷材料的主要构成和力学性能，说明了陶瓷作替代材料进行岩石试验的可行性。(3)2007年，郭彦双介绍了一种在辉长岩中制作张开型表面裂隙的方法，其裂隙通过切割刀具在试样表面预制形成。(4)2009年，公开号为CN101462854A的中国专利申请《用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法》中，给出了一种用于制作类岩石的脆性材料，内部裂隙采用固定器固定，模拟裂隙的材料为聚酯薄膜或金属片。(5)2011年，公开号为CN102435475A的中国专利申请《一种室内单裂隙岩石试样制备装置》中，提出了一种充填一定厚度粘结材料单裂隙岩石试样制备装置。(6)2012年，公开号为CN102519767A的中国专利申请《一种制作类岩石试块裂隙面的模具》中，公开了一种由滑槽、钢片定位杆、量角器、滑杆和钢片组成的制作类岩石试块裂隙面的模具。(7)2013年，公开号为CN103033413A的中国专利申请《用于层状裂隙灰岩试验的裂纹系统试样的制备方法》中，介绍了一种对原岩试样进行循环冻融来制作天然岩体裂隙系统的方法。(8)2013年，公开号为CN103196717A的中国专利申请《一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具》中，该模具具体包括底座、侧板、隔板、夹具、双头螺栓和带帽螺栓，采用齿轮状夹具定位裂隙角度，充填物则通过有凹槽的橡胶垫块夹持。(9)2014年，公开号为CN103674658A的中国专利申请《一种随机裂隙试验模型的制备方法》中，提出了一种将不同厚度、不同大小以及不同数量的裂隙碎片随机掺入到连续介质模型材料中，以制备能够有效模拟岩体裂隙、节理等天然结构特征，以及非均质特性的试验模型，其中裂隙碎片材质为云母片或聚四氟乙烯薄片。(10)2014年，公开号为CN103604672A的中国专利申请《用于岩土工程三维随机裂隙的均匀施作装置》中，提出了一种采用球台转轴和裂隙刀盘进行裂隙深度和空间方位控制的制样装置。(11)2014年，公开号为CN103822808A的中国专利申请《一种随机裂隙岩石试样的制作方法》中，给出了一种用锡条模拟裂隙的方法，将锡条和砂浆材料混合搅拌，形成含大量随机裂隙的岩石试样。上述现有技术确实在一定程度上解决了含裂隙岩体制作的问题，所得到的含裂隙岩体模型的力学性能与原岩基本一致，并得到了一些裂隙岩体复杂结构的力学过程及规律。但目前的含裂隙岩体试样制备主要还存在如下问题：(1)目前，含裂隙岩体试样制作，一般考虑单裂隙或者简单空间形态的二维裂隙，针对三维空间裂隙的研究较少，通常不能充分考虑裂隙的空间形态，考虑裂隙的走向、倾向、倾角；(2)尽管学者总结了一些在制样材料中掺入不同材料来模拟随机裂隙的方法，并取得了诸多有益的成果，但这些研究一直是在均匀介质假设前提上进行的，只能用于大型相似模型试样的制备，每条裂隙的空间形态和具体形状是不可控的；对于中小型裂隙岩体试样制备，这种方法并不适用，中小试样中的裂隙分布是明确的，不能通过试样模型材料的随机搅拌自然形成；(3)部分制样装置的裂隙角度是固定的或者角度调整是不连续的，甚至需要根据试验要求重新制作模具来改变裂隙的方位；(4)裂隙的固定装置复杂、定位难度大，简单裂隙制作虽然基本能满足要求，但是一旦裂隙数量增大，其调节或固定将异常复杂，甚至会导致不同机构的运动干涉；而且随着制样工作的反复的进行，裂隙定位装置可能会发生变形，从而影响了裂隙的实际空间形态；(5)裂隙按充填类型可分为两种，一种是考虑充填物质、一种是不考虑充填的，并没有提出同一岩体中可同时考虑两种充填类型的试样制备模具或者方法；(6)无充填裂隙制作时，一般首先从试样外侧插入硬质板状结构来预制裂隙，该方法模拟的裂隙之间不能相交；需待试样凝结完成后拔出结构物，但一般模拟岩石材料的介质强度大，其固结后很难将预制裂隙的结构物拔出，即使拔出也容易导致裂缝厚度、宽度变大，在原裂缝周围产生次级裂缝，甚至导致岩体结构的整体破坏。(7)采用插入板状结构物或者对试样表面进行切割的制样工艺，都满足由试样表面向内部进行加工的过程，均无法制作岩石内置裂隙，即表面必须贯通。(8)不同方法所模拟的裂隙面基本都是平直的，但现实中岩体裂隙却并非绝对平直，上述方法不能考虑裂隙的粗糙特征。
技术实现思路
为了克服现有裂隙岩体模型试样的制样方式中无法制作含复杂三维裂隙的岩体试样模型、无法控制裂隙的大小和方向、不能同时考虑裂隙有充填与无充填情况、无法满足反复进行制样的要求、实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种裂隙岩体模型试样的制样模具，包括底座和外框结构，所述外框结构的内腔为用于形成所述裂隙岩体模型试样的腔体，所述外框结构位于所述底座上，其特征在于：所述制样模具还包括插板和裂隙位置调节结构，所述插板为易熔合金材料制作的插板，所述易熔合金材料为常温下固态成型且通过加热到熔点温度发生熔化的材料；所述裂隙位置调节结构位于所述外框结构内，所述裂隙位置调节结构与所述插板连接；所述裂隙位置调节结构包括旋转支座、转轴、旋转卡槽和弹性压片，所述旋转支座内开圆孔，所述圆孔内壁开有一圈转动槽，所述旋转卡槽的两端与转轴连接，所述转轴可滑动地安装在所述旋转支座的转动槽上，所述旋转卡槽上设有用以固定所述插板的弹性压片，所述弹性压片与所述插板密封连接。

【技术特征摘要】
1.一种裂隙岩体模型试样的制样模具，包括底座和外框结构，所述外
框结构的内腔为用于形成所述裂隙岩体模型试样的腔体，所述外框结
构位于所述底座上，其特征在于：所述制样模具还包括插板和裂隙位
置调节结构，所述插板为易熔合金材料制作的插板，所述易熔合金材
料为常温下固态成型且通过加热到熔点温度发生熔化的材料；所述裂
隙位置调节结构位于所述外框结构内，所述裂隙位置调节结构与所述
插板连接；
所述裂隙位置调节结构包括旋转支座、转轴、旋转卡槽和弹性压片，
所述旋转支座内开圆孔，所述圆孔内壁开有一圈转动槽，所述旋转卡
槽的两端与转轴连接，所述转轴可滑动地安装在所述旋转支座的转动
槽上，所述旋转卡槽上设有用以固定所述插板的弹性压片，所述弹性
压片与所述插板密封连接。
2.如权利要求1所述的裂隙岩体模型试样的制样模具，其特征在于：
所述弹性压片上设有固定孔位，所述插板上设有安装孔位，紧固件穿
过所述固定孔位和安装孔位固定连接。
3.如权利要求1或2所述的裂隙岩体模型试样的制样模具，其特征在
于：所述转轴一端有螺纹，所述转轴的另一端呈半圆球形；所述的旋
转卡槽两侧开有沿轴线对称布置的螺纹孔，所述转轴一端固定在所述
螺纹孔内，所述转轴的另一端贴合于旋转支座的转动槽内。
4.如权利要求3裂隙岩体模型试样的制样模具，其特征在于：所述裂

【专利技术属性】
技术研发人员：杜时贵，雍睿，黄曼，胡云进，吕原君，罗战友，钟振，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33