一种实现岩石节理充填物不同固结度的装置和方法与流程

本发明属于岩石力学与工程技术领域，具体涉及一种实现岩石节理充填物不同固结度的装置和方法。

背景技术：

自然界中的岩石节理往往含有充填物，如黏土、砂土以及强风化岩石碎粒等。充填物的低强度和大变形特性会改变节理的力学性质，进而影响岩体的力学性质。受地质构造、人类工程活动等影响，岩石节理中充填物的赋存状态与初始状态通常有所不同，如黏土常处于超固结状态。

目前，充填岩石节理的剪切力学性质试验研究已有诸多报道。但关于超固结充填物的制备方法还处于摸索阶段，常采用直剪设备施加法向应力(大于直剪试验过程中的法向应力)并维持30分钟或者60分钟来实现超固结状态。如此，试验所耗时间大大增加。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种简易的，能快速制备含超固结充填物岩石节理的实现岩石节理充填物不同固结度的装置。

本发明的实施例提供一种实现岩石节理充填物不同固结度的装置，包括顶板和底板，所述顶板和底板之间通过支撑杆连接，所述顶板的上方设有液压系统，所述液压系统连接上压板，所述上压板在顶板的下方，所述上压板的下方相对设有一下压板，所述下压板连接底板，且所述下压板在底板上方，所述岩石节理试件放置在下压板上，所述上压板通过上下移动实现对岩石节理试件法向力的加载和卸载，所述上压板的上下移动以及法向力的加载和卸载通过液压系统驱动，所述液压系统连接控制装置，并由控制装置控制。

进一步，所述支撑杆的数量为四根，四根支撑杆的上端分别固接在顶板内侧的边角处，四根支撑杆的下端分别固接在底板内侧的边角处，所述顶板、底板和支撑杆围成一内部空间，所述上压板和下压板位于内部空间的中间。

进一步，所述液压系统通过一上连接杆连接上压板，所述上连接杆穿过顶板，且上端连接液压系统，下端连接上压板，所述底板通过一下连接杆连接下压板，所述下连接杆下端连接底板，上端连接下压板，所述上连接杆、顶板、上压板、下压板、下连接杆和底板的中心在同一竖直线上。

进一步，所述控制装置包括上压板粗调装置和仪器控制装置，所述上压板粗调装置和仪器控制装置对液压系统独立进行控制，所述上压板粗调装置通过液压系统驱动上压板向下移动至岩石节理试件开始加载位置，或向上移动至上压板恢复初始位置；所述仪器控制装置通过液压系统驱动上压板向下移动对岩石节理试件加载法向力，或向上移动卸载法向力。

进一步，所述仪器控制装置包括参数设置模块、显示屏和参数设置按钮，所述参数设置模块连接显示屏和参数设置按钮，参数设置按钮将设定的参数输入参数设置模块，设定的参数显示在显示屏上。

一种实现岩石节理充填物不同固结度的方法，包括以下步骤：

(1)接通电源，启动控制装置和液压系统；

(2)将岩石节理试件放在下压板上，通过控制装置中的上压板粗调装置控制液压系统，使液压系统驱动上压板向下移动至岩石节理试件开始加载位置；

(3)通过参数设置按钮向参数设置模块设置对岩石节理试件的法向力及加载速率，通过控制装置中的仪器控制装置精准控制液压系统，使液压系统驱动上压板向下移动加载法向力至设置的法向力；

(4)通过参数设置按钮向参数设置模块设置对岩石节理试件的法向力及卸载速率，通过控制装置中的仪器控制装置精准控制液压系统，使液压系统驱动上压板向上移动卸载法向力至设置的法向力，并保持一段时间；

(5)加载结束，通过上压板粗调装置控制液压系统，使液压系统驱动上压板向上移动至上压板恢复初始位置，取出岩石节理试件；

(6)重复上述步骤(2)-(5)，能多次进行试验。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：能够将一定尺寸的充填岩石节理通过改变加载/卸载法向力实现不同的超固结度，设备操作简单，便于研究充填物超固结度对不同尺寸岩石节理剪切力学性质的影响；另外，通过更换上下压板，可以加压不同尺寸的试件，适用范围广泛。

附图说明

图1是本发明一种实现岩石节理充填物不同固结度的装置的一示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种实现岩石节理充填物不同固结度的装置，包括顶板1、底板2、支撑杆3、液压系统4、上压板5、上连接杆6、下压板7、下连接杆8和控制装置9。

顶板1和底板2之间通过支撑杆3连接，顶板1和底板2为尺寸相适配的长方形，支撑杆3的数量为四根，四根支撑杆3的上端分别固接在顶板1内侧的边角处，四根支撑杆3的下端分别固接在底板2内侧的边角处，所述顶板1、底板2和支撑杆3围成一内部空间，所述上压板5和下压板7位于内部空间的中间。

顶板1的上方设有液压系统4，所述液压系统4连接上压板5，所述上压板5在顶板1的下方，优选地，液压系统4通过一上连接杆6连接上压板5，所述上连接杆6穿过顶板1，且上端连接液压系统4，下端连接上压板5，液压系统4驱动上连接杆6上下移动，上连接杆6和上压板5一起移动，进而带动上压板5上下移动，初始状态时，上连接杆6位于内部空间外面的高度大于上压板5移动至岩石节理试件开始加载位置的距离。

上压板5的下方相对设有一下压板7，上压板5和下压板7的尺寸相适配，且与岩石节理试件的尺寸相适配，所述下压板7连接底板2，且所述下压板7在底板2上方，底板2通过一下连接杆8连接下压板7，所述下连接杆8下端连接底板2，上端连接下压板7。

上连接杆6、顶板1、上压板5、下压板7、下连接杆8和底板2的中心在同一竖直线上。

岩石节理试件放置在下压板5上，所述上压板5通过上下移动实现对岩石节理试件法向力的加载和卸载，所述上压板5的上下移动以及法向力的加载和卸载通过液压系统4驱动，所述液压系统4连接控制装置9，并由所述的控制装置9控制。

控制装置9包括上压板粗调装置91和仪器控制装置92，所述上压板粗调装置91和仪器控制装置92对液压系统4独立进行控制。

上压板粗调装置91通过液压系统4驱动上压板5向下移动至岩石节理试件开始加载位置，或向上移动至上压板5恢复初始位置。

仪器控制装置92通过液压系统4驱动上压板5向下移动对岩石节理试件加载法向力，或向上移动卸载法向力。

优选地，仪器控制装置92包括参数设置模块(图中未示出)、显示屏921和参数设置按钮922，参数设置模块在仪器控制装置92的内部，所述参数设置模块连接显示屏921和参数设置按钮922，参数设置按钮922将设定的参数输入参数设置模块，设定的参数显示在显示屏921上。

一种实现岩石节理充填物不同固结度的方法，包括以下步骤：

(1)接通电源，启动控制装置9和液压系统4；

(2)将岩石节理试件放在下压板5上，通过控制装置9中的上压板粗调装置91控制液压系统4，使液压系统4驱动上压板5向下移动至岩石节理试件开始加载位置；

(3)通过参数设置按钮922向参数设置模块设置对岩石节理试件的法向力及加载速率，通过控制装置9中的仪器控制装置92精准控制液压系统4，使液压系统4驱动上压板5向下移动加载法向力至设置的法向力σn0；

(4)通过参数设置按钮922向参数设置模块设置对岩石节理试件的法向力及卸载速率，通过控制装置9中的仪器控制装置92精准控制液压系统4，使液压系统4驱动上压板5向上移动卸载法向力至设置的法向力σn1，并保持一段时间；

(5)加载结束，通过上压板粗调装置91控制液压系统4，使液压系统4驱动上压板5向上移动至上压板5恢复初始位置，取出岩石节理试件；

(6)重复上述步骤(2)-(5)，能多次进行试验。

本发明能够将一定尺寸的充填岩石节理通过改变加载/卸载法向力实现不同的超固结度，设备操作简单，便于研究充填物超固结度对不同尺寸岩石节理剪切力学性质的影响；另外，通过更换上下压板，可以加压不同尺寸的试件，适用范围广泛。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。