制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具及方法技术

本发明专利技术涉及岩体力学及岩体物理仿真模拟技术领域，尤其涉及一种制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具及方法，旨在解决类岩石岩样裂隙位置、倾角、张开度、宽度等几何特征难以准确控制的问题。本发明专利技术提供的模具包括模具主体、控制台和钢片组件；模具主体设置有上端开口的容纳空间；控制台安装于模具主体的侧壁，可绕垂直于模具主体的侧壁的方向旋转；控制台包括倾角固定杆，倾角固定杆可摆动并卡接于模具主体的侧壁；钢片组件包括钢片和钢套，钢套插装于控制台，钢片插装于钢套和容纳空间。通过旋转控制台和更换钢片可精确控制裂隙的倾角、张开度和宽度；通过控制台位置的设置，可精确控制裂隙的位置，从而提高试验结果的可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具及方法


[0001]本专利技术涉及岩体力学及岩体物理仿真模拟
，尤其涉及一种制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具及方法。

技术介绍

[0002]自然界的岩体由完整岩石(即岩桥)与裂隙两种介质体共同组成。与完整岩石相比，裂隙的力学性质明显低很多。因此，岩体中裂隙的存在极大程度上削弱了岩体的质量，增加了岩体变形和破坏的可能性。根据裂隙在岩体内部的延伸程度，可将裂隙分为贯通结裂隙和断续裂隙。工程实践表明，含断续裂隙的岩体失稳路径是由原生裂隙和沿岩桥端部扩展所形成的断面共同组成。岩桥在端部易形成应力集中区，进而引起新裂纹沿端部开裂、扩展、贯通以及滑移，最终导致岩体的破坏。
[0003]岩体的抗剪强度参数对岩土工程的稳定性评价以及设计至关重要。岩体的失稳破坏往往会经过多条断续裂隙，每条裂隙的规模以及产出状态均会导致岩体抗剪强度的不同。可以看出，断续裂隙在岩体内部的数量、组合方式和几何特征对其抗剪强度起着关键的主导作用。
[0004]通常，自然界的岩体主要是赋存于压应力和剪应力共同作用的力学环境中。对于含断续裂隙的岩体而言，岩桥和裂隙面的剪切破坏同时受这两种应力的控制。直剪试验可以有效地模拟岩体所处的这种压剪应力状态，故它是一种被广泛用于确定岩体的抗剪强度参数的试验手段。
[0005]研究含断续裂隙的抗剪强度参数，必须充分考虑岩体内裂隙的几何发育特征。岩体的直剪试验属于破坏性试验，岩体被破坏后无法进行复原，即无法做到多次利用，因此每个岩样只能进行一次剪切试验。为了探索不同几何形态和产出特征的裂隙对岩体综合抗剪强度的影响，需要在野外采集包含不同发育特征的裂隙。然而，现场发育的裂隙形状、尺寸等特征迥异，无法实现试验中控制变量法的要求。此外，现场取样的费用高，运输过程困难，且室内对样品加工的过程是一项非常繁琐而复杂的工作，难以满足试验批量制作的需求。因此，对这种结构岩体的力学试验研究，国内外学者们常采用类岩石材料来模拟岩体。
[0006]目前，在室内直剪试验类岩石岩样中预制断续裂隙的手段主要是钢片抽条法，即将类岩石材料兑水混合均匀后倒入特定的模具内，在材料初凝前根据预先设定的裂隙几何特征将钢片插入到材料中，待材料静置完全凝固后将钢片抽出，可制作成含断续裂隙的类岩石岩样。
[0007]上述操作过程虽然简单，但缺乏精确衡量裂隙具体位置、倾角、张开度等几何特征的标尺，可能导致实际加工后的裂隙几何特征与设计参数之间存在一定的偏差，难以保证裂隙位置、倾角、张开度、宽度以及数量等几何特征的准确控制，造成后续试验结果的可靠性差。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具及方法，以解决裂隙位置、倾角、张开度、宽度等几何特征难以准确控制的问题。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案在于：
[0010]一种制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具，包括模具主体、控制台和钢片组件；模具主体设置有上端开口的容纳空间；控制台安装于模具主体的侧壁，配置为可绕垂直于模具主体的侧壁的方向旋转；控制台包括倾角固定杆；倾角固定杆配置为可沿垂直于模具主体的侧壁的方向摆动并可卡接于模具主体的侧壁；钢片组件包括钢片和钢套，钢套插装于控制台，钢片插装于钢套和容纳空间。
[0011]进一步的，控制台还包括外旋转盘，外旋转盘插装于模具主体的侧壁的外侧，配置为可绕自身轴线旋转；外旋转盘上开设有第一通孔，钢套插装于第一通孔；外旋转盘与倾角固定杆铰接，倾角固定杆配置为可沿外旋转盘的轴线方向摆动。
[0012]进一步的，控制台还包括内旋转盘，内旋转盘插装于模具主体的侧壁的内侧；内旋转盘与外旋转盘同轴设置；内旋转盘上开设有第二通孔，钢套插装于第二通孔；第二通孔与第一通孔的大小、形状相同。
[0013]进一步的，外旋转盘上设置有圆盘定位销，内旋转盘上设置有圆盘定位孔；圆盘定位销插装于圆盘定位孔。
[0014]进一步的，控制台还包括旋转手柄；旋转手柄设置于外旋转盘背离内旋转盘的一侧；旋转手柄上开设有第三通孔，钢套插装于第三通孔。
[0015]进一步的，旋转手柄上开设有第一螺纹孔；螺栓螺接于第一螺纹孔，并在穿过钢套后抵接于钢片。
[0016]进一步的，模具主体包括底座和L形侧板；两个L形侧板围成矩形框，底座连接于矩形框的下侧；底座上开设有第四通孔，第四通孔与容纳空间连通。
[0017]进一步的，L形侧板上开设有第五通孔，外旋转盘和内旋转盘插装于第五通孔；第五通孔的内壁设置有圆环凸台，外旋转盘和内旋转盘分别抵接于圆环凸台。
[0018]进一步的，L形侧板上开设有倾角定位孔，至少两个倾角定位孔绕第五通孔的轴线布置；倾角固定杆一端可插装于倾角定位孔。
[0019]本专利技术的另一方面，提供了一种制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具的方法，包括下步骤：
[0020]确定参数：根据室内直剪试验的目的设计室内直剪试验方案，确定待制类岩石岩样中包含的裂隙条数、张开度、宽度、倾角；
[0021]制作模具主体：根据直剪仪器中直剪盒的规格和要求，确定所使用模具的长、宽、高，加工制作模具主体；
[0022]安装控制台：按照室内直剪试验方案，安装控制台；
[0023]组装钢片组件：根据室内直剪试验方案选择相应厚度、宽度和长度的钢片和对应的钢套；向控制台中插入钢套后再向钢套中插入钢片，向第一螺纹孔中拧入螺栓，防止钢片组件在后续浇筑和振捣中产生错动；然后转动旋转手柄使得钢片达到所需的倾角，将倾角固定杆插入到倾角定位孔中；
[0024]涂抹润滑剂：在试验开始前，在容纳空间的内壁和钢片的表面涂抹一层润滑剂；
[0025]制备类岩石岩样：按照试验设计的质量配比，分别对石膏粉、石英砂和水进行称重，混合并充分搅拌均匀，倒入备好的模具中捣实；
[0026]取出类岩石岩样：将制备的类岩石岩样在室温条件下静置，待类岩石岩样初凝后，用钳子夹紧钢片的端部，将钢片从类岩石岩样内抽出，然后用脱模枪通过第四通孔将类岩石岩样推出；
[0027]制备其他类岩石岩样：根据直剪试验方案，重复组装钢片组件步骤到取出类岩石岩样步骤，以制备含任意倾角、不同张开度和宽度的裂隙的类岩石岩样；
[0028]类岩石岩样养护：将制备完成的类岩石岩样在室温条件下进行养护，待类岩石岩样完全凝固后，即可进行后续的直剪试验。
[0029]综合上述技术方案，本专利技术所能实现的技术效果在于：
[0030]本专利技术提供的制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具，包括模具主体、控制台和钢片组件；模具主体设置有上端开口的容纳空间；控制台安装于模具主体的侧壁，配置为可绕垂直于模具主体的侧壁的方向旋转；控制台包括倾角固定杆；倾角固定杆配置为可沿垂直于模具主体的侧壁的方向摆动并可卡接于模具主体的侧壁；钢片组件包括钢片和钢套，钢套插装于控制台，钢片插装于钢套和容纳空间。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具，其特征在于，包括模具主体(100)、控制台(200)和钢片组件(300)；所述模具主体(100)设置有上端开口的容纳空间(a)；所述控制台(200)安装于所述模具主体(100)的侧壁，配置为可绕垂直于所述模具主体(100)的侧壁的方向旋转；所述控制台(200)包括倾角固定杆(240)；所述倾角固定杆(240)配置为可沿垂直于所述模具主体(100)的侧壁的方向摆动并可卡接于所述模具主体(100)的侧壁；所述钢片组件(300)包括钢片(310)和钢套(320)，所述钢套(320)插装于所述控制台(200)，所述钢片(310)插装于所述钢套(320)和所述容纳空间(a)。2.根据权利要求1所述的制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具，其特征在于，所述控制台(200)还包括外旋转盘(210)，所述外旋转盘(210)插装于所述模具主体(100)的侧壁的外侧，配置为可绕自身轴线旋转；所述外旋转盘(210)上开设有第一通孔(211)，所述钢套(320)插装于所述第一通孔(211)；所述外旋转盘(210)与所述倾角固定杆(240)铰接，所述倾角固定杆(240)配置为可沿所述外旋转盘(210)的轴线方向摆动。3.根据权利要求2所述的制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具，其特征在于，所述控制台(200)还包括内旋转盘(220)，所述内旋转盘(220)插装于所述所述模具主体(100)的侧壁的内侧；所述内旋转盘(220)与所述外旋转盘(210)同轴设置；所述内旋转盘(220)上开设有第二通孔(221)，所述钢套(320)插装于所述第二通孔(221)；所述第二通孔(221)与所述第一通孔(211)的大小、形状相同。4.根据权利要求3所述的制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具，其特征在于，所述外旋转盘(210)上设置有圆盘定位销(212)，所述内旋转盘(220)上设置有圆盘定位孔(222)；所述圆盘定位销(212)插装于所述圆盘定位孔(222)。5.根据权利要求4所述的制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具，其特征在于，所述控制台(200)还包括旋转手柄(230)；所述旋转手柄(230)设置于所述外旋转盘(210)背离所述内旋转盘(220)的一侧；所述旋转手柄(230)上开设有第三通孔(231)，所述钢套(320)插装于所述第三通孔(231)。6.根据权利要求5所述的制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具，其特征在于，所述旋转手柄(230)上开设有第一螺纹孔；螺栓螺接于所述第一螺纹孔，并在穿过所述钢套(320)后抵接于所述钢片(310)。7.根据权利要求6所述的制备含复杂断续裂隙的直剪试验类岩石岩样模具，其特征在于，所述模具主体(100)包括底座(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东辉，袁仁茂，
申请(专利权)人：中国地震局地质研究所，
类型：发明
国别省市：