本发明涉及破碎岩体领域，特别是涉及用于判断破碎岩体完整度的装置及方法。
背景技术：
破碎岩体由许多节理、裂隙和结构面组成，连续性很差，内部结构极易受扰动而发生破坏，物理力学性质非常复杂。在实际工程中对破碎岩体的现场完整性评价技术已趋成熟，对其真实的物理状态已有完整的认识，但是鉴于天然破碎岩体样品的获取非常困难，破碎岩体无法取样，造成无法进一步对其进行深入的力学性质研究。
因此，需要对用于判断破碎岩体完整度的装置进行研究设计。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供了用于判断破碎岩体完整度的装置，采用普通混凝土浇注模块，将模块堆积形成破碎基岩物理模型来实现对破碎基岩的等效模拟，该装置可实现对破碎岩体竖向与横向方向力的加载，通过波速测试仪方便对岩体数据的获得，从而对破碎岩体完整程度进行分类，快速有效。
用于判断破碎岩体完整度的装置的具体方案如下：
用于判断破碎岩体完整度的装置，包括：
用于放置物理模型的测试平台；
角型挡板，相对于测试平台垂直设置以对物理模型限位；
支撑架，横跨测试平台设置，支撑架与竖向施压部件连接以向物理模型施加法向压力，支撑架与第一横向施压部件连接；
侧架，侧架与第二横向施压部件连接，第一横向施压部件与第二横向施压部件以向物理模型施加围压；施加围压和法向压力是为了挤密模块之间的缝隙，更好的模拟破碎岩体节理特征；
波速测试仪，设于测试平台侧部。
上述装置中，物理模型采用混凝土浇筑而成，第一，普通混凝土与自然状态下的基岩具有力学性质相似性，相关文献研究已非常成熟；其次，自然状态下的破碎基岩内部存在许多节理裂隙，这个特征在模块化混凝土的基岩物理模型中，是通过模块与模块之间的接触痕迹实现，物理模型中各个模块通过混凝土在模具内浇筑而成，物理模型通过各个模块拼装而成。
装置中用测试平台固定基岩物理模型，起限位作用；对物理模型施加设定的围压及法向荷载，是为了使模块与模块上下之间接触紧密，最终的目的是模拟自然状态下节理裂隙结合良好的破碎基岩。
进一步地，所述竖向施压部件与竖向承压板连接以与物理模型接触设置，这样在需要对物理模型施加纵向压力时，由竖向施压部件向下通过竖向承压板以对物理模型施压，保证压力的均衡性。
进一步地，所述第一横向施压部件与第二横向施压部件分别与一竖直承压板连接，两竖直承压板呈直角结构设置，这样两块竖直承压板与角型挡板配合围绕在物理模型的四周，竖直承压板的设置作用是为了使物理模型表面受力均匀。
进一步地，所述支撑架为门型结构，该结构横跨设于测试平台的中部，支撑架底部与测试平台固定。
进一步地，为了方便对波速测试仪的固定，所述角型挡板设置开孔。
进一步地，所述角型挡板与所述的测试平台焊接连接，角形挡板相当于横向方向反力板，因此需要将角型挡板与测试平台焊接。
进一步地，所述竖向施压部件为千斤顶；
或者，所述第一横向施压部件、所述第二横向施压部件分别为千斤顶。
进一步地，所述波速测试仪包括压电式超声波激发器、接收换能器和全波列声波测井仪，超声波激发器与接收换能器分别设于破碎岩体的对立两侧，接收换能器与全波列声波测井仪连接，其中，超声波激发器设于开孔内。
为了克服现有技术的不足，本发明提供的第二方案是：
基于模块化混凝土的破碎岩体模型完整程度分类方法，包括所述的用于判断破碎岩体完整度的装置。
基于模块化混凝土的破碎岩体模型完整程度分类方法，具体步骤如下：
1)利用混凝土材料及模具进行立方体及三棱柱体模块浇筑，养护设定时间后，堆积形成破碎基岩物理模型，然后通过波速测试平台测试物理模型的弹性纵波速度，并记录数据νpm；
2)利用混凝土材料及圆柱体模具浇注岩块模型，通过打开波速测试仪，对岩块模型进行弹性纵波速度测试，并记录数据νpr；
3)根据步骤1)获得的νpm和步骤2)获得的νpr数据，按公式(1)计算物理模型的完整性系数kv；
kv＝(υpm/υpr)2(1)
4)将物理模型延伸为单位体积模型，统计单位岩体模型的节理组数和条数，按公式(2)计算物理模型的体积节理数jv：
jv＝s1+s2+······+sn(2)
式中：sn为第n组节理每米长测线上的条数；
5)根据完整性系数kv和体积节理数jv值，划分物理模型的完整程度。
在上述方法中，破碎岩体物理模型是采用模块化混凝土进行等效模拟的，通过混凝土的浇注及养护，最后将各物理模型堆积成设定规模的破碎岩体模型。
具体地，步骤5)中根据如下表内容来确定完整程度：
岩体完整性划分对照表
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明通过结构的设置，物理模型对破碎岩体的模拟，可有效对物理模型进行夹持，再通过波速测试仪对波速的测量，即可确定岩体完整程度。
2)本发明测试方法的给出，可获得完整程度分类方法，为破碎岩体的室内模型力学试验研究提供参考依据。
3)现有的钻探取芯技术无法获取原状破碎基岩样品，利用开挖凿取，在破碎基岩埋深很大时，成本代价极高，因此，本发明进行模块化模拟；工程上对真实基岩的完整度评价，一般是通过钻孔注水进行波速测试及岩芯节理统计，得到完整度指标进行划分，而本发明通过室内波速测试平台测试得到，优点在于更简洁、准确、快速地得到划分结果，成本花费更低。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1(a)(竖向承压板)是本发明用于判断破碎岩体完整度的装置横向剖面图。
图1(b)是本发明用于判断破碎岩体完整度的装置纵向剖面图。
图1(c)是本发明用于判断破碎岩体完整度的装置的波速测试结构俯视图。
图2(a)(竖向承压板)是水平正交裂隙的岩体模型正视图。
图2(b)是水平正交裂隙岩体模型侧视图。
图2(c)是水平正交裂隙岩体模型俯视图。
图3是水平正交及单斜向裂隙的岩体模型正视图，其侧视图、俯视图同图2(b)、图2(c)。
图4是水平正交及斜向正交裂隙的岩体模型正视图，其侧视图、俯视图同样和图2(b)、图2(c)相同。
图5(a)(竖向承压板)是制作水平正交裂隙岩体模型的模块浇注模具。
图5(b)是制作斜向裂隙岩体模型的模块浇注模具。
图6(a)(竖向承压板)是本发明装置未放置破碎岩体正视图。
图6(b)是本发明装置未放置破碎岩体侧视图。
图6(c)是本发明装置未放置破碎岩体俯视图。
图7是第一横向承压板平面图。
图8是竖向承压板平面图。
图9是正交节理基岩模型波速测试测线布置图。
图10是斜向节理基岩模型波速测试测线布置图。
其中：1.模具，2.塑料薄板，3.模块，4.角形挡板，5.第一横向承压板，6.第二横向承压板，7.水平向千斤顶，8竖直向千斤顶，9.竖向承压板，10.支撑架，11.侧架，12.测试平台，13.小孔，14.横向支撑，15.压电式超声波激发换能器，16.压电式超声波接收换能器，17.测线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了用于判断破碎岩体完整度的装置。
本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，用于判断破碎岩体完整度的装置，包括用于放置物理模型的测试平台；角型挡板4，相对于测试平台垂直设置以对物理模型限位；支撑架，横跨测试平台12设置，支撑架与竖向施压部件连接以向物理模型施加法向压力，支撑架与第一横向施压部件连接；侧架，侧架与第二横向施压部件连接，第一横向施压部件与第二横向施压部件以向物理模型施加围压；波速测试仪，设于测试平台侧部，角型挡板4与对立的第一横向承压板5和第二横向承压板开有多个小孔13，一条水平线上的小孔形成测线17。
竖向施压部件与竖向承压板9连接以与物理模型接触设置，这样在需要对物理模型施加纵向压力时，由竖向施压部件向下通过竖向承压板9以对物理模型或破碎岩体模型施压，保证压力的均衡性。
第一横向施压部件与第二横向施压部件分别与一横向承压板连接，两竖直承压板呈直角结构设置，这样两块竖直承压板与角型挡板4配合围绕在物理模型或者破碎岩体模型的四周。
支撑架10为门型结构，支撑架包括设于测试平台12两侧的侧架11和连接两竖架的槽钢横梁，该结构横跨设于测试平台12的中部，支撑架底部与测试平台固定。
为了方便对波速测试仪的固定，角型挡板4、第一横向承压板5、第二横向承压板6均设置开孔。
角型挡板4与所述的测试平台12焊接连接，角形挡板4相当于横向方向反力板，因此需要将角型挡板与测试平台焊接。
竖向施压部件为竖向千斤顶；第一横向施压部件、所述第二横向施压部件分别为横向千斤顶。
波速测试仪包括100khz的压电式超声波激发器、接收换能器和xg-π全波列声波测井仪，超声波激发器与接收换能器分别设于破碎岩体的对立两侧，接收换能器与全波列声波测井仪连接，其中，超声波激发器、接收换能器对立设于两侧的开孔内。
为了克服现有技术的不足，本发明提供的第二方案是：
基于模块化混凝土的破碎基岩模型完整程度分类方法，包括所述的用于判断破碎岩体完整度的装置。
基于模块化混凝土的破碎岩体模型完整程度分类方法，具体步骤如下：
1)将若干物理模型1堆积在测试平台角型挡板内侧，在物理模型上方放置竖向承压板9，然后将竖向千斤顶设置在竖向承压板9与槽钢横梁之间，施加设定压力使竖向承压板9固定，在物理模型1两侧设置第一横向承压板7和第二横向承压板6，两个横向承压板与侧架之间均设置一横向千斤顶，最后用黄油作为耦合剂，将压电式超声波接收换能器16和压电式超声波激发换能器15穿入测线17的小孔13，从而紧贴在物理模型1表面，用导线连接xg-π全波列声波测井仪，施加设定的围压和法向压力后，通过打开波速测试仪，对岩体弹性纵波速度进行测试，并记录数据νpm；
2)采用规格为φ50×100mm的圆柱体模具浇注破碎岩体模块1形成破碎岩体模型，养护设定时间后，通过压电式超声波接收换能器16和压电式超声波激发换能器15，用导线连接xg-π全波列声波测井仪，测试破碎岩体模型的弹性纵波速度，并记录数据νpr；
3)根据步骤1)获得的νpm和步骤2)获得的νpr数据按公式(1)计算破碎岩体模型的完整性系数kv；
kv＝(υpm/υpr)2(1)
4)将岩体模型延伸为单位体积模型，统计单位岩体模型的节理组数和条数，按公式(2)计算破碎岩体模型的体积节理数jv：
jv＝s1+s2+······+sn(2)
式中：sn为第n组节理每米长测线上的条数；
5)根据破碎岩体模型的完整性系数kv和破碎岩体模型的体积节理数jv值，划分破碎岩体模型的完整程度。
具体地，步骤5)中根据如下表内容来确定完整程度：
岩体完整性划分对照表
其中，为了突出破碎岩体模型的研究价值，破碎岩体模型浇筑中规格采用100×100×100mm或更小的其他规格，模拟斜向节理时可在模具内沿对角线插一块薄塑料板4，由于超声波传播距离有限，破碎岩体模型的边长为400～500mm。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。