本实用新型涉及一种类岩石材料含预置二维贯穿裂隙的试件制备装置。
背景技术：
复杂地质条件下多裂隙岩体的变形及破坏规律与传统的连续介质岩石力学理论有着本质的区别，此外还涉及到多裂隙岩体内部有内水压力的情况，因此还得着重考虑水与岩体之间的流固耦合作用。鉴于现场试验所花费的代价高昂，实验室小试块试验依然是研究岩体内部裂隙扩展的最直观和最有效的手段。然而，国内外关于裂隙岩体的破裂机理研究大都基于纯应力环境下开展的，另外有关耦合作用下裂隙扩展以及水压致裂机理的研究虽然采用二维模型，但是预置多裂隙的相互位置以及如何密封水压问题仍需加以解决。
2012年4月，公开号为CN202599724U的中国专利申请《制作不同角度全贯穿裂隙类岩石材料标准试件的模具》中，提出了一种沿侧板插槽预置贯穿裂隙的类岩石材料试件的制备方法，不能突破预置裂隙位置的约束性且未考虑裂隙水压作用。
2015年11月，公开号为CN205120455U的中国专利申请《一种预置贯穿裂隙的岩石类脆性材料试件的模具》中，提出了一种预置贯穿裂隙的岩石类脆性材料试件的制备模具，通过旋转插槽设定贯穿裂隙片的预置角度制作试件，但是裂隙只能沿着旋转插槽的方向预置，预置裂隙的位置受到了约束且未考虑裂隙水压作用。
2016年1月，公开号CN105699140A的中国专利申请《一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具及方法》中，提出了一种制备贯通裂隙圆柱岩体试样的模具及制备方法，预置裂隙位置固定且未考虑裂隙水压作用。
基于上述分析，本实用新型公开了一种水力耦合试验贯穿裂隙类岩石试件的制作装置及密封水压方法
技术实现要素：
为了弥补现有技术中所存在的缺陷，本实用新型提供了一种含贯穿裂隙的类岩石材料试件的组装式制作模具，操作便捷，不仅解决了在试件的任意位置预置不同倾角的贯穿裂隙问题，而且可以制作不同倾角的多裂隙试件，多裂隙之间的相互位置可以根据需要进行设置，并且，由于本模具是一套组装式结构，只需在拆模时分开模具本体即可脱模，避免了整体脱模时在预置贯穿裂隙的周围产生新的微裂隙。同时，本实用新型也提供了含贯穿裂隙试件在裂隙水压条件下进行轴向压缩试验的密封水压的装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种水力耦合试验含贯穿裂隙类岩石试件的制作装置，包括用于制备含贯穿预置裂隙的类岩石材料试件的模具以及进行单、双轴压缩试验密封贯穿裂隙水压的封水装置；
所述模具为一面开口的组装式结构，包括一个底板、两个侧板和多个挡板，在所述两个侧板上设有凹槽，底板水平插接在侧板的底部，所述的挡板竖直插接在侧板上，将模具分成了多个空间；每个空间内设有两个横梁，在所述横梁上设有含米字形预置裂隙孔的T形块以及与所述T形块配合的聚氯乙烯塑料片；在所述侧板上设有预制孔和穿过预制孔与聚氯乙烯塑料片相连的T形杆；用于形成注水通道。
进一步，所述横梁的两端固定在两个滑块上，所述的滑块能沿着两个侧板上的凹槽来回滑动。
进一步的，在每个空间相对应的侧板部分均设有多个预制孔。
进一步的，在所述的T形块的中间带有15°、30°、45°、60°、75°、105°、120°、135°、150°和165°倾角的裂隙孔，成对称分布。
进一步的，在所述底板的顶部铺一层聚乙烯闭孔泡沫板；在所述的聚乙烯闭孔泡沫板上设有用于固定聚氯乙烯塑料片的预置插孔。该泡沫板不仅具有一定的硬度抵抗变形和不吸水的特性，而且其柔软的特性便于在泡沫板上预置裂隙片的插孔。将用于预置裂隙的聚氯乙烯塑料片根据试验工况在确定了试件的贯穿裂隙的位置后，通过上部T形块的米字形孔对应角度插入，竖直向下插透底部的聚乙烯闭孔泡沫板上的预置插孔。
进一步的，在所述的聚氯乙烯塑料片上设有装配孔，所述的T形杆长端插入到该装配孔内。
侧板中间各有一排预制孔(试验前，现在模具的内腔粘一层透明胶带，以保护预制孔，避免砂浆材料在浇筑时流入预制孔凝固堵塞，同时，可以根据试验需要用钉子扎破相应部位预制孔处的胶带)，可将T形杆的长端通过预制孔插入模具内部，径直向内，在与预置的聚氯乙烯塑料片相接触的位置点，用记号笔在聚氯乙烯塑料片上做一个点标记，而后抽出聚氯乙烯塑料片，在标记点处，用小刀的刀尖旋转钻一个恰好容许T形杆长端通过的小孔，再将聚氯乙烯塑料片原位置插入模具，T形杆也通过预制孔插入模具，待T形杆长端通过刚刚在聚氯乙烯塑料片上的预置小孔后方可停止。
待试件初凝后，先水平缓慢旋转式拔出T形杆，便可形成试件裂隙水的注水通道，再慢慢拔出聚氯乙烯塑料薄片，注意此时手不可晃动，否则会导致贯穿裂隙在试件表面宽度不一，甚至会产生微裂隙，这样便形成了预置贯穿裂隙。
进一步的，在所述的挡板上也设有一排预制孔，可用于预埋锚杆到试件内以进行锚固试验，挡板上的预制孔，处理方式与侧板一样，试验之前先粘一层透明胶带，而后根据试验需要扎破胶带插入锚杆。
进一步的，所述的密封裂隙水压装置包括两块钢化玻璃板，两块铁质的工字形空心夹板和两个韧性较好的橡胶圈以及四套螺栓螺母；所述的橡胶圈放在试件贯穿裂隙端面侧，环绕预置裂隙，所述的钢化玻璃板贴在橡胶圈上，在所述的钢化玻璃板的外侧用工字形空心夹板夹住钢化玻璃板；所述的四个螺栓分别穿过前后两个工字形空心夹板四个拐角处相对的圆形内孔，垫上垫圈，拧紧螺母。此时起隔离试件与钢化玻璃板作用的垫圈会由于受力而压扁，注意此时且不可让钢化玻璃板与试件有直接接触，否则会对试件产生横向荷载，影响试验的可靠性，如此一套完整的封水系统便组装完成。
水力耦合试验二维贯穿裂隙类岩石材料试件的制作方法，包括以下步骤：
(1)首先将底板两侧长边分别安插到侧板下部内侧的横向凹槽内，再将挡板的短边分别竖直插入侧板内侧纵向凹槽内，且挡板的下底面与底板的上顶面相接触；
(2)然后将侧板外边面两端下部的预置内螺纹孔对准底板的预置内螺纹孔，拧入螺栓固定模具；
(3)然后在模具的底部铺一层L-600型聚乙烯闭孔泡沫板，再在泡沫板上根据试验要求在对应位置预置相应角度的插孔，完成了浇筑模具的主体五个面组装后，在五个面上分别均匀涂抹一层机油；
(4)然后将横梁夹住T形块，横梁的横截面正好填补T形块横截面的凹形区域，即横梁的下底面与T形块的下底面相平齐，将横梁水平沿挡板方向放置在侧板的上顶面，且横梁的左、右端面分别于两个侧板的外表面相平齐，再用夹紧滑块包裹住侧板上部凹槽的上边缘与横梁的端部，夹紧滑块凹槽上边缘的内螺纹孔分别对应一根横梁的上顶面，在确定好预置贯穿裂隙沿侧板方向的位置后，拧动夹紧滑块凹槽上边缘内螺纹孔处的螺栓，使夹紧滑块与横梁处于半夹紧状态，而后移动横梁上的T形块到沿挡板方向预制贯穿裂隙的精确位置后，向内靠拢两根横梁，以夹紧T形块，而后拧紧螺栓，实现预置贯穿裂隙的精确定位；
(5)然后将剪好的聚氯乙烯塑料片穿过T形块插入到底部聚乙烯闭孔泡沫板的预置插孔内，并将T形杆从侧板的预制孔插入，径直穿过聚氯乙烯塑料片上的预制孔，形成搭接结构；
(6)最后将完全组装好的试件浇筑模具放在振动台上，一边振动一边将事先搅拌好的类岩石材料填入模具内，并且每填料三分之一，捣实一次，直至填满试件浇筑模具；
(7)待试件初凝之后，先手动水平缓慢旋转式拔出T形杆，而后再缓慢地竖直向上拔出聚氯乙烯塑料片；
(8)24小时后，对试件进行脱模，先旋转夹紧滑块凹槽上边缘处的螺栓，取下夹紧滑块，再用双手捏住两根并排的横梁外侧，夹住T形块，整体取下贯穿裂隙的精确定位装置，而后旋转侧板外表面两侧下部处的固定螺栓，待固定螺栓全部旋下后，便可拆开模具侧板，进而取下试件外侧的挡板，将试件从底板上拿起，就完成了拆模；之后将试件放在养护箱进行恒温养护28天，即可用于含贯穿裂隙类岩石材料试件水力耦合试验。
本实用新型有益效果表现在以下几个方面：
1.本实用新型一套模具可一次成型两块试件，在进行两种试验工况分析对比时，能够保证两块试件各制作环节完全一致，尽可能减少外界环境因素的影响，既能保证了试验对比分析的可靠性，又提高了制备类岩石材料试件的工作效率；
2.本实用新型使用滑动导轨，夹紧滑块凹槽包裹横梁与侧板上部凹槽的上边缘，可以夹住横梁沿着侧板方向进行滑动，同时，含米字形预制孔的T形块在两根横梁之间可以沿着挡板方向进行滑动，即实现了预置贯穿裂隙的位置在试件内部的二维确定，解决了预置裂隙在试件内位置约束的局限性；并且，可以放置三根横梁，在两根横梁之间可放置一个T形块，即两个T形块共用中间的横梁，可实现双贯穿裂隙试件的制备，所以，通过适当添加横梁与T形块，便可实现多条贯穿裂隙在试件内部根据需要确定相互位置，完成多裂隙试件的制备；
3.本实用新型在模具侧板处设计了用于水力耦合试验的试件注水通道，在侧板中间位置预置了一排光滑的内孔，注意模具组装前先在侧板内侧粘一层透明胶带，保护这些内孔不被类岩石材料堵塞，将细长杆穿过一个小孔，扎破这个小孔处透明胶带，插入模具，搭接到用于预置贯穿裂隙的聚氯乙烯塑料片上，进而预埋到试件内部，完成试件裂隙注水通道的预置；
4.本实用新型设计了用于锚固试验的锚杆预制孔，在挡板的中间位置预置了一排小孔，注意在模具组装前，在挡板上先粘一层透明胶带以保护这些小孔不被类岩石材料堵塞，将锚杆从挡板相应位置插入小孔，扎破胶带，向内插入，穿透用于预置贯穿裂隙的聚氯乙烯塑料片，进而插入到另一侧挡板相对的小孔内，完成锚杆在试件内的预置；
5.本实用新型制作了密封贯穿裂隙水压的装置，解决了含有贯穿裂隙试件无法考虑裂隙水压的问题，通过使用钢化玻璃板和橡胶垫圈，既可以实现裂隙水压的密封，又不会影响到对预置裂隙所产生的裂纹扩展的观察。
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是本实用新型实施例提供的含贯穿裂隙试件模具整体示意图；
图2是本实用新型实施例提供的贯穿裂隙精确定位装置示意图；
图3是本实用新型实施例提供的含米字形预置裂隙孔的T形块示意图；
图4是本实用新型实施例提供的密封水压装置整体示意图；
其中，1.挡板，2.侧板，3.聚氯乙烯塑料片，4.含米字形预置裂隙孔的T形块，5.横梁，6.注水孔，7.T形杆，8.固定螺栓，9.夹紧滑块，10.夹紧螺栓，11.锚杆孔，12.底板，13.含贯穿裂隙试件，14.注水通道，15.钢化玻璃板，16.工字形空心夹板，17.夹紧长螺栓，18.夹紧螺母。
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。
下面结合具体实施例对本实用新型作更进一步的说明。
如图1所示，水力耦合试验贯穿裂隙类岩石材料试件的制作装置，包括二维预置贯穿裂隙精确定位装置和裂隙注水试件的浇筑装置；二维贯穿裂隙精确定位装置用于根据试验实际需求在试件内单条或多条不同倾角的贯穿裂隙的精确定位；浇筑装置用于预置裂隙水压的注水通道以及完成试件的最终浇筑。
如图1和图2所示，二维预置贯穿裂隙精确定位装置包括侧板2、聚氯乙烯塑料片3、含米字形预制孔的T形块4、横梁5、夹紧滑块9以及夹紧螺栓10，除了聚氯乙烯塑料片外，其他均为钢材。其中挡板1、侧板2和底板12构成模具的五个面，用于试件的成形，底板12的厚度与侧板2内侧下部水平方向的凹槽宽度一致，挡板1的厚度与侧板2内侧竖直方向的凹槽宽度一致，先将侧板2内侧面和挡板1表面粘一层透明胶带以保护其上的预置内孔，然后将底板12长边插入侧板2内侧下部水平向的凹槽，且底板12的短边与侧板2的两端面平齐，再将挡板1从侧板2上部沿侧板内侧竖直方向的凹槽向下缓慢插入，使得挡板1的底面与底板12的上表面相接触；而后用锤子轻敲侧板2进行微调，使得侧板2两端下部预置的M4内螺纹孔与底板12长边侧预置的M4内螺纹孔对齐，通过底板12的短边侧面与侧板2端面平齐以保证两个内螺纹孔同心，拧入M4固定螺栓，起到浇筑模具组装后整体的固定作用。
如图1所示，在模具主体完成组装后，在模具内腔的底部铺一层L-600型聚乙烯闭孔泡沫板，并在聚乙烯闭孔泡沫板上根据试件预置贯穿裂隙的位置，用刀片划割一条与贯穿裂隙等宽度的裂缝，用于预置贯穿裂隙的聚氯乙烯塑料片3下部固定。
如图1所示，侧板2的上端外侧分别加工了一道凹槽，凹槽的宽度略大于夹紧滑块9凹槽下边缘的厚度，将两根横梁5沿挡板1方向水平放置在侧板上，横梁5端部平面与侧板2外边面相平齐，横梁5的高度与侧板2上部凹槽上边缘的厚度加起来略小于夹紧滑块9凹槽的宽度，从而使得夹紧滑块9的凹槽正好包裹住侧板2上部凹槽的上边缘与横梁5，再将含米字形预置裂隙孔的T形块4放置在两根横梁5上，使得横梁5正好填补T形块4的凹陷区，即横梁5的下底面与T形块4的下底面相平齐，同时，双手将两根横梁5沿侧板方向相向轻捏，使得两根横梁5的竖直内侧面与T形块4下部竖直面相接触，起到横梁5对T形块4的预夹紧作用，而后将夹紧滑块9位置进行微调，使得夹紧滑块9的凹槽端面分别与两根横梁5的竖直外侧面相平齐以保证夹紧滑块9凹槽上边缘处预置的M6内螺纹孔正好分别对准横梁5的上顶面，拧入M6螺栓，轻压横梁5，从而起到预固定贯穿裂隙精确定位装置的作用。
如图2所示，在二维预置贯穿裂隙精确定位装置预固定在侧板2上之后，先使得含预置裂隙孔的T形块4沿着挡板方向在横梁5上移动，在到达合适位置之后，双手捏住夹紧滑块9凹槽端面与两根横梁5外侧的接触位置，使得夹紧滑块9沿着侧板2外表面凹槽方向在侧板2上顶面上滑动，在到达预定位置后，分别拧紧各个夹紧滑块9凹槽上边缘处的夹紧螺栓9，完成预置贯穿裂隙的精确定位。
如图3所示，为了固定用于预置二维贯穿裂隙的聚氯乙烯塑料片3上部，所以设计了此预置了不同倾角裂隙孔的T形块4，T形块4下部突出部分可以插入两根横梁5之间，放置在两根横梁5之上，且T形块4的下底面与横梁5下底面平齐，在横梁5竖直内侧面与T形块4贴紧后，横梁5的外侧竖直面与T形块4上部外侧竖直面对齐，继而T形块4可以沿着横梁5滑动至所需位置，用于沿挡板1方向预置裂隙的定位；中间带有15°、30°、45°、60°、75°、105°、120°、135°、150°和165°倾角的裂隙孔，成对称分布，满足各类试验预置裂隙倾角的需要，同时，也可以预置多种角度的交叉裂隙。
如图1-3所示，在贯穿裂隙精确定位装置固定好之后，可以根据预置贯穿裂隙的位置，选择侧板2中间处与裂隙片相对的内孔，用细长T形杆7扎破此处的透明胶带，插入模具内部，并穿透预置贯穿裂隙的聚氯乙烯塑料片3，形成与预置贯穿裂隙的聚氯乙烯塑料片3搭接固定的形式，完成贯穿裂隙注水试件注水通道的预置。
如图4所示，含预置贯穿裂隙试件在考虑裂隙水压时，用于密封裂隙水压的密封装置。该装置包含工字形空心铁质夹板16、钢化玻璃板15、夹紧螺栓17和螺母18。密封垫圈用于隔开钢化玻璃板15与试件13，使其不相互接触以避免封水装置夹紧试件13时对试件13产生横向荷载作用，同时起到密封裂隙水压的作用；钢化玻璃板15用于贯穿裂隙端部的密封且不会影响试验者对实验过程中裂纹扩展路径的观察，同时，也可以监测裂隙水的密封效果以及出现漏水的位置；工字形空心夹板16用于夹紧钢化玻璃板以密封裂隙水压；夹紧螺栓17和螺母18配合用于夹紧固定。
如图4所示，密封贯穿裂隙试件裂隙水压的装置，最终通过夹紧螺栓17和螺母18配合来夹紧固定，注意在四个螺母18的拧紧方式，在每套螺母18螺栓17形成预紧后，每个螺母旋拧一圈，然后再另一个螺母旋拧一圈，四个螺母一次循环，保证密封裂隙水压装置均衡施力于试件，且两块钢化玻璃板15平行靠拢，避免了由于两块钢化玻璃板15由于不平行而导致的密封垫圈的受力不均衡，进而导致的裂隙水压侧漏现象。
如图4所示，在密封裂隙水压装置固定到试件13上之后，在试验所用的试件13的上垫块下表面与注水试件13上表面注水孔对应位置，预置一个内孔，不要贯穿到垫块的上表面，再在垫块的一侧预置一个小孔，使得垫块内部的两个小孔相连接，垫块侧面的小孔与注水设备相连接，垫块底部的小孔与试件通过一个小型的橡胶圈相接，然后用压力机对试件施加一个1KN的竖直荷载，使得垫块与试件13的接触面压紧，进而，可用注水设备向试件的裂隙注入清水，完成贯穿裂隙水压的设定。
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。