【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及巷道破坏试验研究及试样制备领域，尤其设计一种模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置与方法。
技术介绍
1、巷道破坏试验是基于岩石力学实验开展的带孔洞试样的真三轴压缩试验。通过在真三轴标准试样内部制备孔洞来模拟巷道，在试样的上下、左右、前后垂直施加应力压缩试样，在压缩过程中监测应力-应变曲线关系、孔洞内部破裂演化来模拟真实地层中巷道的破坏情况，从而研究巷道破坏机制。真实巷道破坏主要受其所处地应力状态影响，地应力为矢量，既具有数值大小，又具有方向。为便于煤炭开采和井下的运输，巷道的布置往往为近水平向或者与水平向仅有较小的倾角。因此在空间上巷道与其所处的地应力场具有较大的空间角度，现有巷道破坏模拟试样没有考虑应力与巷道空间位置关系，默认巷道轴向与三向应力的某一向应力平行(一般与中间主应力平行)。因此，现有的试样内部孔洞轴向均是与试样某一表面相互垂直，没有考虑应力方向与巷道轴向的空间位置，这不利于真实情况下的巷道破坏相关实验研究(有空间角度的相似模拟岩层试样，更接近于真实巷道的受力情况，力学加载等实验也更贴近真实)，巷道与应力场的空间角度关系在工程尺度上有很大影响，同样地影响着室内真三轴压缩试验的精确性。常规试样制备方法能制备完整立方体试样和垂直立方体表面的孔洞，无法制作不同倾角的孔洞。即现有技术无法制备出含有空间角度的巷道模拟试样，也没有空间巷道相似模拟试样制备装置，这导致巷道破坏机理实验研究结果存在误差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决
技术介绍
所指出的技术问题
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置，包括顶部不封口的三联试样制备箱和切割好空间角度的蜡烛组成。顶部不封口的试样制备箱由制备箱本体、4块可活动插板、紧固螺栓组成。蜡烛用于制样时作为临时巷道填充体以在后续操作中制备出巷道，根据需要制备的巷道角度进行计算切割。4块可活动插板将制备箱隔成3个独立的试样制备空间，一次可制备3块试样。每个独立空间的左右活动插板上根据位置计算结果分别预先划设巷道断面轮廓线a和轮廓线b，用于在左右插板上准确粘结切割好的蜡烛。
4、为了更好的实现模拟不同倾角巷道真三轴试样的制备，在进行装置安装前，需要对空间角度进行精确计算。计算前提为立方体试样的中心点与巷道的轴心点重合，从而根据角度关系计算出左右插板上巷道断面轮廓线a和轮廓线b的形状和位置。
5、固定好试样制备装置和粘结好蜡烛后，将水泥、细河砂、水、减水剂按照一定配比放入搅拌机搅拌，制备出水泥砂浆用于浇筑。
6、优选地，所述三联试样制备箱本体由前侧板、后侧板、底板、4块可活动插板、紧固螺栓组成。可活动插板通过相应的凹槽与前后侧板连接，可活动插板与底板紧密相接。通过紧固螺栓固定，形成3个100mm*100mm*100mm独立的试样制备空间。
7、优选地，所述前侧板、后侧板、底板、4块可活动插板由铸铁材质制造。
8、优选地，所述紧固螺栓由不锈钢材质制造。
9、优选地，所述蜡烛采用原石蜡制造。由于石蜡具有较好的可塑性，可通过模具制备矩形、马蹄形等不同形状和尺寸的巷道填充体。
10、优选地，所述水泥采用p.o42.5硅酸盐水泥。
11、优选地，所述细河砂经过20目筛子筛选。
12、优选地，所述水泥砂浆由水泥、细河砂、水、减水剂按照1.2:1.52:0.47:0.01的质量比混合搅拌制备。
13、一种模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置与方法，其方法包括：
14、s1，根据需要制备的空间巷道与水平和竖直方向上的角度，计算蜡烛所需切割的角度和长度。记巷道与水平方向的倾角为α，与竖直方向的倾角为β，记蜡烛切割角度与其横断面的夹角为δ。经过空间角度计算可得δ＝arccos(cosα*cosβ)，切割长度为l＝(100/cosδ)mm。例如，当α＝10°，β＝20°时，可计算得δ＝22.2°，l＝108.0mm。
15、s2，确定蜡烛与左右活动插板粘结的位置。借助auto cad画出装配轮廓图，主要用于确定蜡烛与左右活动插板的接触轮廓线。通过1:1的比例打印在a4纸上，并将多余部分裁去，仅保留活动插板边界以内的部分，其形状为100mm*100mm的正方形卡片。再在正方形卡片上沿着模拟巷道的轮廓线裁去，此时的卡片即为确定蜡烛与活动插板粘结位置的样板。将卡片与活动插板四边对齐，使用铅笔沿着模拟巷道轮廓线在活动插板上描绘出形状，该形状一般为椭圆。
16、s3，在左活动插板上描绘的椭圆轮廓内涂抹胶水。将切割好的蜡烛粘贴在活动插板上绘制的椭圆轮廓内，按压保持3min等待胶水凝固。
17、s4，将蜡烛的另一端按照步骤s3的操作粘贴在左活动插板上。
18、s5，将粘贴好蜡烛的左右插板插入制备箱本体中，在制备箱内部空间涂抹脱模剂，并把紧固螺栓拧紧。
19、s6，将制备好的水泥砂浆浇筑进制备箱中，浇筑高度与制备箱上端口平齐。并放置在震动台上进行震动以保证砂浆填充密实。若浇筑高度有所降低，可适当补充水泥砂浆。
20、s7，放置养护室按照水泥砂浆标准养护流程养护28天，保证试样完全硬化。
21、s8，脱模，拆卸紧固螺栓，用木锤轻轻敲击将硬化的试样取出。
22、s9，使用小型电钻将沿着试样内部蜡烛的轴向钻出孔洞，采用热风枪加热蜡烛，直至蜡烛完全融化沿孔洞流出。
23、本专利技术较以往含孔洞真三轴试样相比，具有以下优点及有益效果：
24、1.能制备含有不同空间角度的巷道模拟试样，包括水平倾角、竖直倾角和空间倾角，能模拟真实地层中巷道的赋存情况，便于分析应力与巷道具有空间位置的巷道破坏机理。
25、2.与常规无空间角度的巷道模拟试样相比，试验结果更加精确。对于巷道而言，常规的试样仅能施加三个方向的正应力。本方法制备的试样，巷道周围不仅由正应力，还有剪应力。这更符合工程上的实际情况。
26、3.在巷道破坏机理的实验室研究方面，本装置制备的试样更具有工程普遍性，具有更高价值的指导意义。
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1.一种模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置，其特征在于：包括U形带插槽4的试样制备箱1，两端紧固螺栓2和与插槽匹配的活动插板3。所述插板将整个制备箱空间隔离成3个独立空间，每个独立空间的左活动插板301和右活动插板302分布划设倾角孔洞与插板壁相截的轮廓线5和6。将孔洞浇筑载体蜡烛7按照预设角度切割并与活动插板301和302上的轮廓线对齐粘结。所述粘结好的活动插板3与蜡烛7组合体通过插槽4插入试样制备箱1。
2.按照权利要求1所述的模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置，其特征在于：可灵活制定不同水平倾角、竖直倾角和空间倾角的试样。只需计算好所述轮廓线5和6在左活动插板3和右活动插板4的位置并绘出，搭配同样切割好的蜡烛7，即可完成各种不同倾角的真三轴试样制备装置设计。
3.按照权利要求1和权利要求2所述的模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置，其特征在于：除可制备不同倾角的巷道模拟试样外，还可制备不同巷道尺寸、不同巷道形状的真三轴模拟试样。所述轮廓线5和6在绘制时按照需要制备的巷道尺寸、形状进行计算，蜡烛7按照需要制备的巷道尺寸、形状进行端部切割即可实
4.按照权利要求1所述的模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置，其特征在于：将水泥砂浆浇筑入粘结好蜡烛的制备箱中，硬化脱模后试样内部的蜡烛7易于拆解。所述试样内蜡烛7采用小型电钻蜡烛7的轴向钻出孔洞并采用热风枪加热，蜡烛7即可完全融化沿孔洞流出。
5.一种利用权利要求书1～4任一项所述模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置制备不同倾角巷道的制备方法，其特征在于：其方法包括：
6.一种利用权利要求书1～5所述模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置制备不同倾角巷道的制备方法，其特征在于：将浇筑好的模拟巷道试样放置于养护室按照水泥砂浆标准养护流程养护28天，保证试样完全硬化。
7.一种利用权利要求书1～6所述模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置制备不同倾角巷道的制备方法，其特征在于：将硬化后的试样脱模，拆卸紧固螺栓，用木锤轻轻敲击将硬化的试样取出，并淋水养护1周以上。
8.一种利用权利要求书1～7所述模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置制备不同倾角巷道的制备方法，其特征在于：使用小型电钻沿着试样内部蜡烛的轴向钻出孔洞，采用热风枪加热蜡烛，直至蜡烛完全融化沿孔洞流出。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置，其特征在于：包括u形带插槽4的试样制备箱1，两端紧固螺栓2和与插槽匹配的活动插板3。所述插板将整个制备箱空间隔离成3个独立空间，每个独立空间的左活动插板301和右活动插板302分布划设倾角孔洞与插板壁相截的轮廓线5和6。将孔洞浇筑载体蜡烛7按照预设角度切割并与活动插板301和302上的轮廓线对齐粘结。所述粘结好的活动插板3与蜡烛7组合体通过插槽4插入试样制备箱1。
2.按照权利要求1所述的模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置，其特征在于：可灵活制定不同水平倾角、竖直倾角和空间倾角的试样。只需计算好所述轮廓线5和6在左活动插板3和右活动插板4的位置并绘出，搭配同样切割好的蜡烛7，即可完成各种不同倾角的真三轴试样制备装置设计。
3.按照权利要求1和权利要求2所述的模拟不同倾角巷道的真三轴试样的制备装置，其特征在于：除可制备不同倾角的巷道模拟试样外，还可制备不同巷道尺寸、不同巷道形状的真三轴模拟试样。所述轮廓线5和6在绘制时按照需要制备的巷道尺寸、形状进行计算，蜡烛7按照需要制备的巷道尺寸、形状进行端部切割即可实现。
4.按照...
【专利技术属性】
技术研发人员：左建平，马宗宇，蒋一铭，赵卫平，王振波，展帅菲，尹泽豪，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
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