一种岩石力学模型试样标准试件制备装置的制作方法

本实用新型公开一种模型试件制备装置，特别是一种岩石力学模型试样标准试件制备装置，属于岩石力学与工程技术领域。

背景技术：

在岩石力学与工程领域，岩石力学试验是非常基础和重要的一项研究和应用，用以了解岩石或岩土体的力学性质。在众多室内和现场力学试验中，标准力学试件的单轴压缩试验与三轴压缩试验是非常重要的两项，可以确定岩石(体)抗压强度、弹性模量、泊松比等重要力学参数，因此标准力学试件的制备尤为重要。对于同一层位的岩(土)层，在现场采集天然试样是可行的，但对于包含两种或多种岩(土)层的试样，现场采集难度较大，试样容易在钻取过程中被破坏，因此需要在室内利用相似材料来制备模型试样。

目前，关于岩石试样制备装置的专利已有一些，例如公开号为CN106018021A的专利申请公布了一种用于不同尺寸岩石试样的制取装置及方法，可以对真实岩样进行切割加工；公开号为CN206906099U的专利申请公布了一种可加工多种标准岩石试件的制作模具，利用同一模具通过自由切换能够加工多个不同尺寸的立方体试件；公开号为CN107560911A的专利申请提出一种制作岩石试件模具，能够制备含有孔隙的岩石试件；公开号为CN102620967A的专利申请提出一种用于岩石力学领域的类岩石试件模具，能够进行变尺寸相似材料块状试件的压制。上述专利针对对象各异，包括对天然岩样的加工、立方体块状岩样的制备、含孔隙试样的制备，但是其都不能够直接制备50×100mm规格层状模型试样。

技术实现要素：

针对上述提到的现有技术中的岩石试样制备装置不能够直接用于制备层状模型试样的缺点，本实用新型提供一种岩石力学模型试样标准试件制备装置，其采用试样模具配合调节装置的结构，可方便快捷的岩石力学模型试样标准试件制备。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种岩石力学模型试样标准试件制备装置，试件制备装置包括上覆活动板、卡槽和模具，卡槽固定设置在上覆活动板上，卡槽内设有与模具形状相吻合的凹槽，模具插装在卡槽上的凹槽内。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的上覆活动板的上表面上有螺纹孔，卡槽四个角分别开设有一个通孔，通过螺栓将卡槽稳定固定于上覆活动板上。

所述的卡槽采用独立式卡槽，一个卡槽内插装一个模具，上覆活动板上设置有两个以上的卡槽，多个卡槽呈矩阵式分布。

所述的模具采用透明有机玻璃制成。

所述的模具采用两片半圆形结构拼接而成，两片半圆形结构接缝处设有台阶状咬合结构。

所述的模具顶部固定设置有卡扣，卡扣采用两个半圆形结构，两个半圆形卡扣通过螺栓固定在一起。

所述的上覆活动板下方设置有下底板，上覆活动板一侧通过铰链与下底板连接在一起，上覆活动板底面上安装有滑杆，滑杆一端通过转轴安装在上覆活动板底面上，滑杆另一端上安装有滑块，下底板上开设有滑槽或设置有滑轨，滑块设置在滑槽内或者设置在滑轨上，使滑块能够沿着滑槽或滑轨来回滑动。

所述的滑槽横截面呈“凸”字形、燕尾形或方形。

所述的滑槽设有两个，两个滑槽相互平行。

所述的滑块上固定设有锁紧螺栓。

本实用新型的有益效果是：本实用新型可以利用相似材料直接方便地制备出50×100mm等多种规格的标准力学试件，不需要通过钻机钻取；而且还能够制备水平层状和倾斜层状标准力学试件。

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的平视结构示意图。

图2为本实用新型的下底板长边平视结构示意图。

图3为本实用新型的上覆活动板的俯视结构示意图。

图4为本实用新型的带卡槽和卡扣的模具示意图。

图5为本实用新型的用于固定模具的卡槽示意图。

图6为本实用新型的模具立体结构示意图。

图7为本实用新型的卡扣立体结构示意图。

图中，1-下底板，2-铰链，3-上覆活动板，4-卡槽，5-模具，6-卡扣，7-滑槽，8-滑杆。

具体实施方式

本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。

本实用新型主要为了简便制备模型试样的标准力学试件，请结合参看附图1至附图7，本实用新型主要包括上覆活动板3、卡槽4和模具5，卡槽4固定设置在上覆活动板3上，卡槽4内设有与模具5形状相吻合的凹槽，模具5插装在卡槽4上的凹槽内。本实施例中，上覆活动板3为长500mm、宽275mm、厚20mm的钢板，具体实施时，上覆活动板3可根据实际情况选择其他尺寸，上覆活动板3的上表面上有螺纹孔(图中未标出)，用于固定卡槽4，卡槽4通过螺栓固定安装在上覆活动板3上，本实施例中，卡槽4采用独立式卡槽，即一个卡槽4内只插装一个模具5，上覆活动板3上设置有多个卡槽4，多个卡槽4呈矩阵式分布，具体实施时，卡槽4也可以设置为一体，即一体的卡槽4上开设有多个凹槽。本实施例中，卡槽4采用有机玻璃制成，其尺寸为长80mm、宽80mm、高60mm，中间为直径60mm的孔洞，用于放置制样模具5，卡槽4四个角分别开设有一个直径为5mm的通孔(可为光孔或螺纹孔)，通过该通孔可将卡槽稳定固定于上覆活动板3上。

本实施例中，模具5也采用透明有机玻璃制成，主要目的为便于观察制样过程中复合岩层界面是否发生变化。本实施例中，模具5尺寸为内直径50mm，外直径60mm，壁厚5mm的上下开口的圆筒，模具5长度可根据实际需要具体设置，本实施例中，模具5长度为200mm，具体实施时，模具5可根据实际需要设计呈其他尺寸。本实施例中，模具5采用两片半圆形结构拼接而成，两片半圆形结构接缝处设有台阶状咬合结构，即在两片半圆形结构接缝处分别设置有搭边，一侧的搭边固定设置在内侧，另一侧的搭边固定设置在外侧，通过两侧的搭边可刚好配合形成咬合结构，防止浇筑时浇筑材料从接缝处流出、渗漏，同时可以防止两片模具发生相对位移，而且采用两片式设计，也更加容易脱模。

本实施例中，在模具5顶部固定设置有卡扣6，可通过卡扣6对模具5顶部进行固定，本实施例中，卡扣6采用铝合金材质制成，卡扣6厚度约2mm，卡扣6宽度可根据实际需要设定，本实施例中，卡扣6宽度为15mm，本实施例中，卡扣6采用两个半圆形(或称为U字形)结构设计，两片半圆形结构拼合后形成卡扣6，能够固定住模具5，本实施例中，两个半圆形卡扣6通过螺栓固定在一起。

本实施例中，在上覆活动板3下方设置有下底板1，上覆活动板3一侧通过铰链2与下底板1连接在一起，可使上覆活动板3沿着铰链2相对于下底板1转动，铰链2用于固定下底板1与上覆活动板3，分别用螺栓固定于下底板1的上表面与上覆活动板3的下表面，铰链2连接位置位于距下底板长边120mm处，本实施例中，铰链2可采用门铰式结构、转轴式结构或合页式结构，也可以采用其它具有旋转功能的铰链结构。本实施例中，下底板1为长600mm、宽500mm、厚20mm的钢板，钢板上表面有螺纹孔，可供固定上覆活动板的铰链2，具体实施时，下底板1也可根据实际需要选择其他尺寸。

上覆活动板3底面上安装有滑杆8，滑杆8一端通过转轴安装在上覆活动板3底面上，滑杆8另一端上安装有滑块，下底板1上开设有滑槽7或设置有滑轨，滑块设置在滑槽7内或者设置在滑轨上，使滑块可沿着滑槽7或滑轨来回滑动，本实施例中，以滑槽结构为例进行具体说明。滑槽7位于下底板1上，长380mm、宽10mm、深10mm，滑槽底部有约3mm长的向两边延展的小槽，可供滑块插入里面后滑动，滑槽横截面呈“凸”字形，可防止滑块从中脱出，具体实施时，滑槽7横截面也可以采用燕尾形或方形，本实施例中，共设有两个相互平行的滑槽7，且滑槽7平行于下底板1宽度方向，滑槽7的起点位置位于距下底板1长边220mm处，终点位置位于下底板边缘，本实施例中，滑杆8采用铝合金材质制成，长174mm，该长度可让上覆活动板3的倾斜角度最大达到60°，滑杆8两端分别用铰链或转轴安装于上覆活动板3的底面和滑槽7中的滑块上，通过滑动滑块，可调节上覆活动板3的倾斜角度，以做出不同倾角的试件，上述滑槽7和滑杆8的尺寸为本实用新型最佳尺寸，具体实施时，可以根据实际需要选取具体尺寸。本实施例中，滑块上固定设有锁紧螺栓，可通过锁紧螺栓对滑块进行锁定，以维持其在固定位置不变。

上述实施例中，以两条滑槽7和两条滑杆8的结构为例进行说明，具体实施时，也可以采用一条或多条。

采用本实用新型制备接触面具有30°倾角的上下叠置型岩石标准试件，步骤如下：

步骤A、将上述试件制备装置组装起来，调整上覆活动板3与水平面呈30°夹角放置，并通过锁紧螺栓将滑杆8固定好；

步骤B、将卡槽4用螺栓固定在上覆活动板3上面，然后把制样模具5放置于卡槽4内，并用卡扣6将模具上端固定；

步骤C、制备两种类岩石相似材料A和相似材料B，在相似材料浇筑前，先在模具内侧涂抹凡士林，便于脱模，相似材料A和相似材料B的制备可采用常规工艺；

步骤D、将相似材料A制备成凝固前状态，然后放入制样模具5内，厚度达到设定厚度，本实施例中，以50mm(由于模具5处于倾斜状态，此处厚度是以圆柱形模具中心线为参考标尺的厚度)为例；

步骤E、将整个制样装置放置在混凝土振动台上振荡一定时间(一般为5～8分钟)，使样品中的气泡尽量溢出，然后静置让材料A达到初步初凝：

步骤F、将制备好的相似材料B直接放置在材料A上面，厚度达到设定厚度，本实施例中，以51.5mm为例，测量方式与步骤D相同；

步骤G、将整个制样装置放置在混凝土振动台上，采用间歇振荡的方式使材料B中的气泡尽可能溢出，本实施例中，间歇振荡是指振荡几分钟(通常为2～5分钟)，停止2-3分钟，然后再振荡几分钟(通常为2～5分钟)，再停止2-3分钟，大约循环2-3次即可。在振荡的过程中，要通过透明的有机玻璃密切注视两种材料接触面的情况，以防止界面发生混合，如果有发生界面混合的趋势，则降低振动的幅度和时间；

步骤H、材料A、B浇筑完成后，保水(保水是指样品一直处于被水浸泡的状态，保证样品不能缺水出现裂纹，通常采用定期喷淋或浸泡的方式)静置12小时，使模拟样品达到完全初凝；

步骤I、然后将卡槽4从上覆板3上取下，之后解开上端卡扣6，打开模具5，取出初凝后的试样，将试样放入恒温恒湿的混凝土养护室按需求保养一定时间(保养时间通常为7～28天，混凝土养护标准时间为28天，如果要求快速制样，养护时间最短可压缩至7天或14天)，以达到预定强度；

步骤J、将养护好的类岩石试样固定在切割台架上，将试样上端多余的部分切除，试样底面和侧面若有不平整情况，可用砂纸稍微打磨平整，至此，便得到层面为30°的上下叠置型类岩石50×100mm规格标准力学试件。

本实用新型可以利用相似材料直接方便地制备出50×100mm等多种规格的标准力学试件，不需要通过钻机钻取；而且还能够制备水平层状和倾斜层状标准力学试件。