一种基于浆液修复破裂岩样的室内制样装置的制作方法

背景技术：

众所周知，天然岩体中存在着大量的结构面，结构面破坏了岩体的完整性和连续性，控制着岩体的力学性质。工程中，常用水泥浆液来加固岩石节理，希望提高岩石节理的强度。水泥浆液灌注到节理裂隙并凝结后，形成一种复合结构体，其变形、强度特点既受两种材料自身的力学性质控制，又受节理表面形貌特征的影响，同时还受到两种材料之间胶结力的作用，这就决定了灌浆节理力学性质的复杂性。因此，需要开展详细的室内试验研究浆液修复破裂岩样的修复效果和作用机理。研究的具体问题包括：节理灌浆后强度是否真正得到提高？强度提高的幅度多大？灌浆后强度与灌浆材料及节理岩壁本身的力学性质有何关系？灌浆后强度与灌浆层厚度有何关系？

目前，国内关于浆液修复破裂岩样的修复效果和作用机理的研究现状如下：

(1)岩土力学(2011年，第32卷，第9期)“岩石结构面注浆加固抗剪特性试验研究”文章中对单轴压缩试验形成的岩样结构面注浆修复，再对浆液修复的岩样进行剪切试验，分析了注浆对岩样结构面的强度和刚度等力学特性参数的影响，从而研究了岩样结构面的注浆加固效果。

(2)武汉大学学报(工学版)(2012年，第45卷，第5期)“深埋垂直板裂结构岩体中洞室失稳破坏机制”文章中对灌浆锯齿形单节理在压剪情况下的变形特性及峰值抗剪强度进行了数值试验研究，重点对灌浆充填度、起伏角和法向应力等因素对灌浆节理峰值抗剪强度的影响进行了分析。

(3)武汉大学学报(工学版)(2014年，第47卷，第4期)“灌浆节理压剪变形、强度特点及破坏机制试验”论文中通过对人工劈裂的节理试件进行水泥灌浆加固处理，并进行一系列室内压剪试验，分析了充填度和法向应力对灌浆节理的变形、强度特点的影响规律。

由于基于浆液修复水平破裂岩样的室内制样很简单，而基于浆液修复三轴压缩倾斜破裂岩样的室内制样较困难，目前也没有这样的装置，所以以往只通过开展数值试验和对基于浆液修复的破裂岩样的剪切试验来研究浆液修复效果和作用机理。然而，深部岩体处于地应力和工程施工扰动的多重因素的综合作用中，力学特性处于三向应力状态。因此，仅仅研究浆液修复的人工劈裂的破裂岩样在剪切状态下的浆液修复效果和作用机理是不完全的，更需要浆液修复的三向应力状态下形成的破裂岩样在三向应力状态下的浆液修复效果和作用机理进行研究。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于浆液修复破裂岩样的室内制样装置，方便安全快捷地在该装置上完成基于浆液修复破裂岩样的室内制样，以便进一步研究基于浆液修复的破裂岩样的浆液修复效果和作用机理。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于浆液修复破裂岩样的室内制样装置由外框架、水平调节螺栓、垂直调节螺栓、导槽、固定模具、可动模具和压板组成，外框架由主框架和连接板构成，主框架呈U形槽状，连接板设置在主框架的上端面上，连接板和主框架的上端面螺栓连接，垂直调节螺栓活动地旋装在连接板上。

固定模具通过螺栓固定在主框架的一个内壁面上，导槽通过螺栓固定与主框架的另一个内壁面上，固定模具、导槽和主框架的对称轴重合，可动模具活动地嵌在导槽内，水平调节螺栓贯通导槽活动旋装在主框架的边壁上，固定模具的上端面高于可动模具的上端面。

固定模具内壁上端和连接了导槽的主框架内壁上端对称地设置有滑槽，滑槽的中心连线和主框架的对称轴重合，压板两端分别设有凸台，凸台活动地嵌入在滑槽内，压板位于导槽一端的端面的两侧对称地设置有耳标尺，在导槽上方的主框架内壁面的两侧对称地设置有刻度线。

固定模具和可动模具的模孔为圆形或矩形。

耳标尺的精度为0.1mm。

由于采用了上述技术方案，方便安全快捷地在本发明上完成基于浆液修复破裂岩样的室内制样。主要具有以下优点：

1.可动模具的紧固作用使得岩样侧面在浆液修复前后的形状和尺寸保持不变，可动夹具的水平可动使得该室内制样装置适应于浆液修复特定宽度及允许误差范围内的破裂岩样。

2.通过垂直调节螺栓推动紧固压板，挤出多余浆液使浆液层和岩样破裂面良好粘合，压板的竖向可动使得该装置适应于浆液修复特定高度及允许误差范围内的破裂岩样。

3.耳标尺和主框架内壁面的刻度线分别模拟游标卡尺的副尺和主尺，控制破裂岩样的浆液修复厚度的精度为0.1mm。

4.通过固定模具、可动模具、压板和主框架的底板将大部分岩样破裂面露头包裹约束起来，仅在岩样表面中部前后两个区域各留出一小段浆液出口，约束浆液受挤压过程中的流出速度，使浆液稳定挤出，保证修复效果。

本发明为一种基于浆液修复破裂岩样的室内制样装置，该装置结构合理，操作简单，适应性强，用该装置可方便安全快捷地得到基于浆液修复的岩样。

附图说明：

附图1为本发明的结构示意图图。

附图2为图1的俯视图。

附图3为图2的A-A剖面图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

见附图。

一种基于浆液修复破裂岩样的室内制样装置，室内制样装置由外框架、水平调节螺栓2、垂直调节螺栓4、导槽8、模具和压板6组成，模具由设有对称模孔的固定模具3和可动模具7构成，模具的模孔为圆形或矩形，不同形状的模孔使得装置适用于相应形状的破裂岩样修复，模具的模孔尺寸与所修复的岩样尺寸匹配，使得模具可以夹紧所修复的岩样并且将大部分岩样破裂面露头包裹约束起来，外框架由主框架1和连接板5构成，主框架1由两块长方形壁板和长方形底板构成，呈U形槽状，连接板5设置在主框架1的上端面上，连接板5和主框架1的上端面螺栓连接，连接板5用于安装垂直调节螺栓4，垂直调节螺栓4活动地旋装在连接板5上，垂直调节螺栓4用于调节压板6的竖向位置。

固定模具3通过螺栓固定在主框架1的一个长方形壁板内壁面上，导槽8通过螺栓固定与主框架1的另一个长方形壁板内壁面上，固定模具3、导槽8和主框架1的水平对称轴重合，可动模具7活动地嵌在导槽8内，导槽8约束可动模具7水平移动的方向，使得可动模具7只能沿着其水平对称轴运动，水平调节螺栓2贯通导槽8活动旋装在主框架1的边壁上，水平调节螺栓2用于调节可动夹板的水平位置，固定模具3的上端面高于可动模具7的上端面，固定模具3的上端面高于压板上端面可以约束多余浆液，防止浆液从上部破裂面露头流出；

固定模具3内壁上端和连接了导槽8的主框架1内壁上端对称地设置有滑槽，滑槽的中心连线和主框架1的水平对称轴重合，压板6两端分别设有凸台，凸台的形状和尺寸与滑槽匹配，凸台活动地嵌入在滑槽内，滑槽约束压板的水平位置，作为导槽8使得压板6只能沿着滑槽竖向运动，压板6位于导槽8一端的端面的两侧对称地设置有耳标尺，耳标尺厚度与钢尺一样不宜过厚，模拟游标卡尺的副尺，耳标尺的精度为0.1mm，在导槽8上方的主框架1内壁面的两侧对称地设置有刻度线，模拟游标卡尺的主尺。

本发明是一种基于浆液修复破裂岩样的室内制样装置，具体使用按下列步骤进行：

(1)固定模具3和可动模具7之间的位置是岩样放置处，将破裂岩样的上盘和下盘一起从装置上方放入岩样放置处，使破裂岩样的上盘和下盘尽可能吻合。

(2)调节水平调节螺栓2，使其推动可动模具7沿着导槽8水平运动夹紧岩样，待岩样被夹紧时停止旋进。

(3)取出上盘岩样，用长柄刷子沾上适量的浆液，刷在下盘岩样的破裂面上，再将上盘岩样从上往下沿着可动模具7内面盖在浆夜层上。

(4)将压板6的两个凸台对准嵌入在相应的滑槽内，然后从上往下推入到岩样上端面。

(5)将连接板5与主框1上端面螺丝连接，将垂直调节螺栓4拧入连接板5的螺栓孔，一边旋进垂直调节螺栓4推动压板6使浆液挤出，同时读取压板6其中一个耳标尺的刻度线与主框架1的内壁面的相应侧的刻度重合处的数值，为该处浆液修复岩样破裂面后岩样的高度H1’，当高度H1’达到预期值(预先设定的浆液修复厚度对应的竖向厚度与破裂岩样未修复时的高度H1之和)时，停止旋进垂直调节螺栓4，然后用同样的方法读取另一边高度H2’，记录这些值，取平均值作为浆液修复岩样破裂面后岩样的最终高度H’，再计算H’与H1的差值作为最终浆液修复厚度的竖向厚度，再通过换算成为浆液修复厚度。

(6)待浆液初凝后取出经过浆液修复的岩样，在合适的环境条件下进一步养护到规定时间，至此，完成了基于浆液修复破裂岩样的室内制样。