模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具及制样方法技术

本发明专利技术公开一种模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具及制样方法，该制样模具包括模具腔体和错动带模拟机构，错动带模拟机构包括固定杆和穿设于固定杆上、无间隙堆叠的若干活动板片，任一活动板片能够相对于固定杆产生横向水平位移、以模拟错动带的起伏度；模具腔体包括底面和侧面，固定杆的杆体两端可拆卸安装在模具腔体内部、与模具腔体的侧面固定。使用时，可根据实际岩石错动带所在位置，将固定杆杆体两端安装在模具腔体内部，之后根据错动带结构面的形状，调节活动板片的水平位置使其与错动带结构面起伏度相符，即可模拟出具备不规则结构面错动带的岩体。该模具可操作性强，可准确模拟岩体结构，试验结构离散型小，具有较高的可靠性。

Sample making mould and method for simulating rock mass with irregular structural plane dislocation zone

【技术实现步骤摘要】
模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具及制样方法
本专利技术涉及一种制样模具，特别涉及一种模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具以及基于该模具制备岩样的方法，属于岩石工程领域。
技术介绍
在水利水电工程中常遇到含错动带的岩体，其含错动带的岩体强度低，尤其岩体结构面的起伏度对岩体的稳定性和力学性质影响十分显著。在对岩石力学试验的过程中，现场试验和室内试验是两种常见的试验方法。含错动带岩体的地质条件复杂，原位试验的实施较为困难；而且由于含错动带岩体强度低，取得试样过程中扰动大，试样易破碎，导致测试结果不准确，难以反映含错动带岩体的真实力学行为。而在进行室内试验时，需要制备能够准确模拟错动带位置、形状及力学性能的岩体试样，由于错动带具有不规则的结构面，目前缺乏有效的实验方法模拟准确模拟错动带的起伏度，因此，也很难制备出带有完整结构面的含错动带的岩体试样。
技术实现思路
专利技术目的：针对目前室内实验中含错动带岩体的剪切试样难以准确模拟的问题，本专利技术提供一种模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具，并提供一种可采用该制样模具制备含错动带岩体试样的方法。技术方案：本专利技术所述的一种模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具，包括模具腔体和错动带模拟机构，错动带模拟机构包括固定杆和穿设于固定杆上、无间隙堆叠的若干活动板片，任一活动板片能够相对于固定杆产生横向水平位移、以模拟错动带的起伏度；模具腔体包括底面和侧面，固定杆的杆体两端可拆卸安装在模具腔体内部、与模具腔体的侧面固定。其中，任一活动板片上开设有与固定杆杆体尺寸适配的活动槽，固定杆依次穿过各活动板片上的活动槽、与活动板片活动连接。活动板片的厚度优选为0.5～1mm，从而可精确模拟错动带起伏度变化。错动带模拟机构还可包括与固定杆杆体两端分别固定的两母板，两母板分别与模具腔体侧面可拆卸连接。较优的，本专利技术的制样模具还包括与模具腔体底面固定的定位底座以及架设在模具腔体上方的滑动支架，该滑动支架包括能够沿固定杆轴向滑动的主支架和能够沿活动板片位移方向滑动的辅助支架；其中，辅助支架与主支架滑动连接、用于推动活动板片以调节错动带局部位置的起伏度，主支架与定位底座滑动连接、用于将辅助支架带至待模拟的错动带局部位置。进一步的，主支架可包括位于模具腔体外侧的两主滑杆以及位于模具腔体上方、与两主滑杆固定连接的横杆，且定位底座上设有与主滑杆适配的主滑动槽；横杆上沿活动板片位移方向设置有辅滑动槽，辅助支架包括与辅滑动槽适配的辅滑杆，且辅滑杆上连接有调节臂，该调节臂随辅滑杆的滑动推动活动板片、调节错动带起伏度。更进一步的，主滑动槽、辅滑动槽周围标示有刻度，以便精确确定错动带结构面起伏位置。本专利技术所述的利用上述制样模具制备含不规则结构面错动带岩体剪切试样的方法，包括如下步骤：①准备用于模拟错动带和模拟天然岩石的浇注材料；②根据待模拟实际岩体中错动带一侧结构面的位置和形状，以固定杆轴向为错动带方向，先将错动带模拟机构固定至模具腔体内对应位置区域，然后调节各活动板片相对于固定杆的横向水平位移、使活动板片的起伏情况与该侧结构面起伏度相符；浇注天然岩石模拟材料，养护脱模，得到具备该侧结构面形状的局部试样；③参照步骤②制备具备错动带另一侧结构面形状的局部试样；④拆除错动带模拟机构，将步骤②和③所得局部试样放置在模具腔体中，在两侧结构面之间浇注错动带模拟材料，养护后拆模，得到含不规则结构面错动带的类岩体试样。上述步骤①中，模拟天然岩石的浇注材料为模拟天然岩石力学性能的水泥砂浆，模拟错动带的浇注材料为模拟错动带力学性能的白水泥。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点为：(1)本专利技术的模具通过错动带模拟机构，能够准确模拟错动带两侧结构面的位置和形状，结合类岩石材料合理配比模拟岩体材料，最终可制备出与实际坝基工程中错动带结构面起伏度较相近的类岩体试样，使得室内试验研究成为可能，为开展对含错动带岩体力学行为的研究、描述复杂岩体变形规律提供了研究基础；(2)本专利技术的制样模具可操作性强，能够较为准确的模拟岩体结构，试验结构离散型小，具有较高的可靠性。附图说明图1为本专利技术的模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具的结构示意图；图2为模具腔体的结构示意图；图3为错动带模拟机构的结构示意图；图4为定位底座的结构示意图；图5为滑动支架的结构示意图；图6为制备试样过程中，本专利技术的制样模具的使用状态图；图7为采用本专利技术的制样模具制备的含错动带岩体试样的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1，本专利技术的模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具主要包括模具腔体1和错动带模拟机构2。模具腔体1用于成型试样。其包括底面和侧面，图2示意了成型长方体试样的模具腔体，其包括底面和四个侧面，为方便脱模，各侧面可采用可拆卸连接的方式固定，如采用螺栓连接。错动带模拟机构2用于模拟错动带结构面的位置及起伏度。错动带模拟机构2包括固定杆21和若干个无间隙堆叠的活动板片22，如图3(a)～3(c)，其中，图3(a)为错动带模拟机构2的立体结构图，图3(b)和3(c)分别为固定杆21和活动板片22的结构示意图。为方便说明，将固定杆所在水平面上，与固定杆轴向垂直的方向定义为横向，垂直于固定轴所在水平面的方向定义为竖向，即图3中x轴方向为横向，y轴方向为轴向，z轴方向为竖向。如图3，活动板片22上开设有与固定杆21杆体尺寸适配的活动槽，固定杆21依次穿过各活动板片22上的活动槽、与活动板片22活动连接；活动槽的槽长略小于活动板片22开槽方向的边长，使活动板片22能够相对于固定杆21产生横向水平位移，通过拨动活动板片、产生横向水平位移，可模拟出错动带的起伏度；活动槽的槽宽略大于固定杆21的杆径，避免活动板片22在拨动过程中产生竖向位移、发生倾斜。固定杆21可为一根，也可为平行设置的多根，相应的，当固定杆21为多根时，活动板片22上对应开设多条活动槽，供活动板片22移动。活动板片22的厚度可根据实际需要设置，为更精确地模拟错动带结构面，活动板片22的厚度可为0.5～1mm。使用时，可根据实际岩石错动带所在位置，将错动带模拟机构2的固定杆21杆体两端安装在模具腔体1内部，通过螺栓连接等方式与模具腔体1的侧面可拆卸连接。为方便错动带模拟机构2的固定，错动带模拟机构2还可包括两母板23，两母板23相对设置、分别与固定杆21杆体两端部固定，通过将两母板23与模具腔体1侧面可拆卸连接即可实现错动带模拟机构2与模具腔体1的固定。之后，根据实际岩石错动带结构面的形状，拨动活动板片22，使其起伏情况与错动带结构面起伏度相符，如此，即可模拟出具备不规则结构面错动带的岩体。为更方便且更精确地模拟错动带结构面的位置及起伏度，本专利技术的制样模具还包括定位底座3和滑动支架4，如图1，模具腔体1底面可通过螺栓连接等方式固定在定位底座3上，滑动支架4架设在模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具，其特征在于，包括模具腔体和错动带模拟机构，所述错动带模拟机构包括固定杆和穿设于固定杆上、无间隙堆叠的若干活动板片，任一活动板片能够相对于固定杆产生横向水平位移、以模拟错动带的起伏度；所述模具腔体包括底面和侧面，固定杆的杆体两端可拆卸安装在模具腔体内部、与模具腔体的侧面固定。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具，其特征在于，包括模具腔体和错动带模拟机构，所述错动带模拟机构包括固定杆和穿设于固定杆上、无间隙堆叠的若干活动板片，任一活动板片能够相对于固定杆产生横向水平位移、以模拟错动带的起伏度；所述模具腔体包括底面和侧面，固定杆的杆体两端可拆卸安装在模具腔体内部、与模具腔体的侧面固定。


2.根据权利要求1所述的模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具，其特征在于，任一活动板片上开设有与固定杆杆体尺寸适配的活动槽，固定杆依次穿过各活动板片上的活动槽、与活动板片活动连接。


3.根据权利要求1所述的模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具，其特征在于，所述错动带模拟机构还包括与固定杆杆体两端分别固定的两母板，两母板分别与模具腔体侧面可拆卸连接。


4.根据权利要求1所述的模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具，其特征在于，还包括与模具腔体底面固定的定位底座以及架设在模具腔体上方的滑动支架，该滑动支架包括能够沿固定杆轴向滑动的主支架和能够沿活动板片位移方向滑动的辅助支架，所述辅助支架与主支架滑动连接、用于推动活动板片以调节错动带局部位置的起伏度，所述主支架与定位底座滑动连接、用于将辅助支架带至待模拟的错动带局部位置。


5.根据权利要求4所述的模拟含不规则结构面错动带岩体的制样模具，其特征在于，所述主支架包括位于模具腔体外侧的两主滑杆以及位于模具腔体上方、与两主滑杆固定连接的横杆，所述定位底座上设有与主滑杆适配的主滑动槽；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王环玲，张涛，徐卫亚，黄威，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32