含多组裂隙的岩石模型试样制作模具的制作方法

本发明涉及一种含多组裂隙的岩石模型试样制作模具，尤其是一种能考虑多角度、不同空间位置的多裂隙岩石相似模型的制作模具，适用于制作裂隙的岩石相似模型以及试验研究。

背景技术：

岩体中裂隙面的存在破坏了自身的完整性和连续性，岩体的强度要远低于岩石强度。由于裂隙面的几何形状、充填性质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。预制裂隙在影响裂隙试件发生破坏时起主导作用，裂隙的分布状态，影响着裂隙尖端微裂纹的发育、贯通模式。因此在岩石工程领域内，制作标准的岩石相似模型是关键技术之一。

目前，国内外学者大都采用制作含裂隙岩石试样模型来替代天然岩石试样，进行相关试验研究。主要有以下两种：一种制作含裂隙的岩石试样模型时会预先在三维制图软件中设定每个裂隙的大小、厚度与空间位置，然后利用薄片状水溶纸，形成预制裂隙。另一种含裂隙岩石模型试样的模拟裂隙材料主要为聚酯薄膜、牛皮纸、金属片或水溶纸，内部裂隙是通过固定器固定。这两种裂隙的角度一般为30°、45°、60°几个特殊的角度。

上述现有技术在一定程度上解决了含裂隙岩石制作的问题，主要还存在如下不足：

(1)较多的模具中，裂隙的固定难度较大，裂隙以单裂隙为主，较少考虑多裂隙、不同空间的裂隙；

(2)裂隙角度考虑的较少，一般只采用一些特征性角度(0°、30°、45°、60°等)来模拟原岩。

技术实现要素：

为了克服已有技术无法有效制作多角度裂隙岩石试样模型的不足，本发明提供了一种原理简单、操作方便、成本低廉、成型效果好、能充分考虑岩体裂隙不同空间位置及多角度的含多组裂隙的岩石模型试样制作模具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种含多组裂隙的岩石模型试样制作模具，包括底座，所述制作模具还包括两块侧板和长条板，所述两块侧板分别固定在底座的两侧，所述两块侧板的前端之间、后端之间布置至少两块长条板，所述长条板固定在底座上，相邻长条板之间固定连接，所述长条板上自上而下设置用于固定裂隙的孔，所述侧板和长条板围成模具型腔。

进一步，所述底座上开有供所述长条板插接的镂空处，所述长条板的底部安装在所述镂空处。

再进一步，相邻的所述长条板之间嵌套连接。

优选的，相邻的长条板中，一个长条板的侧边设有翼缘，另一个长条的侧边设有凹槽，所述翼缘插接在所述凹槽内。

所述长条板与侧板之间嵌套连接。

更进一步，所述长条板分为A类长条板和B类长条板，所述A类长条板两侧有翼缘，B类长条板两侧有凹槽，所述A类长条板和B类长条板交错间隔布置。

所述孔中带有螺纹。

所述制样模具还包括垫块，所述垫块位于底座上，所述长条板位于垫块上。

所述垫块为至少两块。根据需要，在设定的长条板下方布置垫块。

所述制样模具还包括夹紧装置，连接后的至少两块长条板的上部安装所述夹紧装置。

本发明的有益效果主要表现在：(1)本制作模具组装而成，模具的长条板有多个且独立，可以对长条板进行调节从而可以将裂隙调节到所需要的数量、角度和空间位置，不会因为制作模具调节装置损坏而影响到整个制样装置的使用，整体构造简单；

(2)本模具可以满足0°～360°(每间隔5°)倾斜角度，其中0°-45°和135°～180°由调节小孔位置完成，45°～135°和180°～360°(每间隔5°)，由上述对应角度的试块翻转得到；

(3)本模具可以通过在多个长条板上固定裂隙制作出含单裂隙、双裂隙、多裂隙等的相似岩石试样；

(4)本模具可通过设置不同数量的垫块在岩石相似模型的上部、中部、下部预制裂隙；

(5)本模具可通过在不同的长条板上绑定裂隙从而实现左边、中间、右边的含预制裂隙的岩石试样。

附图说明

图1是含多组裂隙的岩石模型试样制作模具的主视图。

图2是制作模具的侧视图。

图3是制作模具的俯视图。

图4是模具夹紧的示意图。

图5是制作模具中A类长条板的示意图。

图6是制作模具中B类长条板的示意图。

图7是不同角度的单裂隙示意图。

图8是竖直方向不同高度的单裂隙示意图。

图9是水平方向不同位置的单裂隙示意图。

图10是垫块连接方式的示意图。

图11是不同数量垫块的示意图。

图12是角度翻转的示意图。

图13是双裂隙制作的示意图。

图中：1为底座，2为侧板，3为长条板，4为长条板翼缘，5为螺栓孔，6为裂隙，7为夹紧装置，8为垫块。

具体实施方式

下面结合图对本发明作进一步描述。

参照图1～图13，一种含多组裂隙的岩石模型试样制作模具，包括底座2、长条板3以及垫块，底座1前后镂空，相互嵌入连接的长条板3插入底座1上的镂空处，再由夹紧装置7夹紧。模具在传统混凝土试块模具的基础上改造而成，通过调节长条板3上小孔的相对位置以及垫块的数量来满足不同空间位置的多角度多裂隙模型试验制作。

长条板3分为A类长条板和B类长条板。A类长条板尺寸为16mm×10mm×200mm，两侧有3mm×2mm×200mm的翼缘，中间设有10个孔，用于固定裂隙。孔中带有螺纹，由对应尺寸的螺母拧紧即可起到封闭作用。B类长条板尺寸为16mm×10mm×200mm，两侧有3mm×2mm×200mm的凹槽，中间设有10个孔，用于固定裂隙。使用时，由3块A类长条板和2块B类长条板相互间隔嵌入再插入侧板的凹槽中，再由夹紧装置夹紧从而起到固定作用。

垫块8为铁块，构造与作用机理与长条板类似。分为两类，一类尺寸为16mm×10mm×6mm，两侧有3mm×2mm×6mm的翼缘。另一类尺寸为16mm×10mm×6mm，两侧有3mm×2mm×6mm的凹槽。使用时，垫块相互间隔嵌入再插入侧板的凹槽中，通过不同数量的垫块来调节裂隙的竖向位置，从而制作出不同倾向、空间分布、裂隙数的裂隙。

模具基本采用钢板拼接，拼接的长条板上部利用夹紧装置夹紧，长条板之间相互嵌入连接。组装方便，拆卸也只需旋开夹紧装置，再把钢板取下即可。

多角度实现(绕水平轴逆时针旋转成的角度)：

模具组装时长条板插入底座镂空处，上端用夹紧装置固定夹紧，在长条板上固定裂隙实现预制裂隙。

(1)实现内含0°～45°(间隔5°)的预制裂隙岩石模型试样将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板0号时可实现0°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板1号时可实现5°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板2号时可实现10°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板3号时可实现15°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板4号时可实现20°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板5号时可实现25°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板6号时可实现30°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板7号时可实现35°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板8号时可实现40°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板9号时可实现45°角。

(2)实现内含135°～180°(间隔5°)的预制裂隙岩石模型试样

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板9号和右侧长条板0号时可实现135°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板8号和右侧长条板0号时可实现140°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板7号和右侧长条板0号时可实现145°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板6号和右侧长条板0号时可实现150°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板5号和右侧长条板0号时可实现155°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板4号和右侧长条板0号时可实现160°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板3号和右侧长条板0号时可实现165°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板2号和右侧长条板0号时可实现170°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板1号和右侧长条板0号时可实现175°角。

将带裂隙的水溶线穿过左侧长条板0号和右侧长条板0号时可实现180°角。

(3)实现内含45°～90°(间隔5°)的预制裂隙岩石模型试样

将(2)中所制作的岩石模型试样向右翻转90°即可得到。

将135°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现45°角。

将140°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现50°角。

将145°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现55°角。

将150°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现60°角。

将155°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现65°角。

将160°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现70°角。

将165°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现75°角。

将170°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现80°角。

将175°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现85°角。

将180°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现90°角。

(4)实现内含90°～135°(间隔5°)的预制裂隙岩石模型试样

将(1)中所制作的岩石模型试样向左翻转90°即可得到

将0°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现90°角。

将5°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现95°角。

将10°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现100°角。

将15°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现105°角。

将20°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现110°角。

将25°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现115°角。

将30°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现120°角。

将35°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现125°角。

将40°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现130°角。

将45°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现135°角。

(5)实现内含180°～225°(间隔5°)的预制裂隙岩石模型试样

将(1)中所制作的岩石模型试样翻转180°即可得到。

将0°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现180°角。

将5°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现185°角。

将10°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现190°角。

将15°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现195°角。

将20°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现200°角。

将25°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现205°角。

将30°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现210°角。

将35°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现215°角。

将40°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现220°角。

将45°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现225°角。

(6)实现内含225°～270°(间隔5°)的预制裂隙岩石模型试样

将(2)中所制作的岩石模型试样向左翻转90°即可得到。

将135°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现225°角。

将140°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现230°角。

将145°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现235°角。

将150°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现240°角。

将155°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现245°角。

将160°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现250°角。

将165°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现255°角。

将170°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现260°角。

将175°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现265°角。

将180°角裂隙的岩石模型试样向左翻转90°时可实现270°角。

(7)实现内含270°～315°(间隔5°)的预制裂隙岩石模型试样

将(1)中所制作的岩石模型试样向右翻转90°即可得到。

将0°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现270°角。

将5°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现275°角。

将10°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现280°角。

将15°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现285°角。

将20°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现290°角。

将25°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现295°角。

将30°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现300°角。

将35°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现305°角。

将40°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现310°角。

将45°角裂隙的岩石模型试样向右翻转90°时可实现315°角。

(8)实现内含315°～360°(间隔5°)的预制裂隙岩石模型试样

将(2)中所制作的岩石模型试样翻转180°即可得到。

将135°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现315°角。

将140°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现320°角。

将145°角裂隙的岩石模型试样翻转180°时可实现325°角。

将150°角裂隙的岩石模型试样向左翻转180°时可实现330°角。

将155°角裂隙的岩石模型试样向左翻转180°时可实现335°角。

将160°角裂隙的岩石模型试样向左翻转180°时可实现340°角。

将165°角裂隙的岩石模型试样向左翻转180°时可实现345°角。

将170°角裂隙的岩石模型试样向左翻转180°时可实现350°角。

将175°角裂隙的岩石模型试样向左翻转180°时可实现355°角。

将180°角裂隙的岩石模型试样向左翻转180°时可实现360°角。

多空间位置实现：

(1)竖直方向不同高度的裂隙布置

在底座上添加垫块调节长条板的竖向位置，从而调节裂隙的位置。当底座上没有垫块的时候，裂隙在模具的底部；当底座上装有四块左右垫块的时候，裂隙在模具的中部，距离模具的底部40～60mm；当底座上装有八块左右垫块的时候，裂隙在模具的上部，距离模具的底70～90mm。

(2)水平方向不同位置的裂隙布置

裂隙的水平空间位置主要通过在五块不同的长条板上固定裂隙来调节的。在组装完成的模具中，若用模具最外侧的一对长条板固定裂隙，则裂隙在试块的较近缘；若用模具中间的一对长条板固定裂隙，则裂隙在试块的中部。

不同裂隙的制作

1、30°和150°的单裂隙制作，如图7所示，AB类长条板相互嵌入连接后插入底座镂空处，上端用夹紧装置固定夹紧。左侧长条板用孔0固定裂隙，右侧长条板用孔6固定裂隙，则可制作出30°裂隙。若变换位置，左侧长条板用孔6固定裂隙，右侧长条板用孔0固定裂隙，则可制作出150°裂隙。

2、20°、160°和110°的单裂隙制作，如图7所示，AB类长条板相互嵌入连接后插入底座镂空处，上端用夹紧装置固定夹紧。左侧长条板用孔0固定裂隙，右侧长条板用孔4固定裂隙，则可制作出20°裂隙。若变换位置，左侧长条板用孔4固定裂隙，右侧长条板用孔0固定裂隙，则可制作出160°裂隙。若将制作的内含20°预制裂隙岩石样式向右90°翻转，如图12所示，则可制作出110°裂隙。

3、双裂隙的制作，如图13所示，两平行的长条板均用相同位置的小孔固定裂隙，即可做出同一水平高度的平行裂隙以及不同空间位置的平行裂隙，多裂隙的制作也是同理。

4、竖直方向不同高度的单裂隙的制作，如图8所示，当底座上无垫块时，裂隙在模具的下部；当底座上装有四块垫块的时候，裂隙在模具的中部；当底座上装有八块垫块的时候，裂隙在模具的上部；

5、水平方向不同位置的单裂隙的制作，如图9所示，在不同长条板上固定裂隙可得到水平空间不同的裂隙岩石试样。