一种制造标准裂隙岩石样品的装置及其制造方法与流程

本发明属于岩石材料试验技术领域，具体涉及一种制造标准裂隙岩石样品的装置及其制造方法。

背景技术：

在地下建筑施工、岩石特性考察、地下复杂地质条件探索等地下工程领域，围岩裂隙是影响硐室稳定性的关键因素之一。含裂隙岩石力学试验是工程研发的前提要求，为地下工程稳定性和安全性评价提供必需的基本参数。由于二次应力损伤等问题，获取天然裂隙样品的难度极大。目前，采集现场完整岩石，制作人工张拉裂隙是最为常用的裂隙岩石样品制备方法。但是，目前的方法难以在圆柱形标准岩石样品上制作倾斜裂隙，即无法利用常规三轴压缩设备开展裂隙压剪测试。

因此，需要设计一种简单高效的制造标准裂隙岩石样品的装置及其制造方法，用以制造不同角度的人工裂隙便于试验现场应用，对开展相关岩石力学试验具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种制造标准裂隙岩石样品的装置及其制造方法，解决现有岩石力学室内试验无法制作倾斜裂隙岩石样品的技术问题。

本发明技术方案：

一种制造标准裂隙岩石样品的装置，包括：上压头、下压头、刀刃a、刀刃b、定位销a和定位销b，所述上压头通过定位销a和定位销b与下压头固定连接；所述上压头上设置有刀刃a；所述下压头上设置有刀刃b。

所述上压头整体为长方体结构；上压头的表面上开有半圆柱型凹槽a，所述半圆柱型凹槽a的表面上设置有刀刃a；所述半圆柱型凹槽a的直径为50mm；所述半圆柱型凹槽a的长度与上压头的长度相同；所述半圆柱型凹槽a的直径小于上压头的宽度。

所述上压头还包括：定位销孔a和定位销孔b；所述定位销孔a和定位销孔b对称设置在上压头的半圆柱型凹槽a的两侧。

所述刀刃a贴合半圆柱型凹槽a的表面设置，所述半圆柱型凹槽a的中心与定位销孔a和定位销孔b的孔心水平同轴设置；半圆柱型凹槽a中心与定位销孔a和定位销孔b的孔心连线为半圆柱型凹槽a表面的零度轴，所述刀刃a设置在半圆柱型凹槽a表面上的角度包括：30°、45°、60°。

所述下压头整体为长方体结构；下压头的表面上开有半圆柱型凹槽b，所述半圆柱凹槽b的表面上设置有刀刃b；所述半圆柱凹槽b的直径为50mm；所述半圆柱型凹槽b的长度与下压头的长度相同；所述半圆柱型凹槽b的直径小于下压头的宽度。

所述下压头的上表面开有半圆柱凹槽b，所述半圆柱凹槽b的表面上设置有刀刃b；所述刀刃b贴合半圆柱凹槽b的表面设置；所述半圆柱凹槽b的内径为50mm；所述半圆柱凹槽b的长度与下压头的长度相同；所述半圆柱凹槽b的直径小于下压头的宽度。

所述下压头还包括：定位销孔c和定位销孔d；所述定位销孔c和定位销孔d对称设置在下压头的半圆柱凹槽b的两侧。

所述刀刃b贴合半圆柱凹槽b的表面设置，所述半圆柱凹槽b的中心与定位销孔c和定位销孔d的孔心水平同轴设置；半圆形凹槽b中心与定位销孔c和定位销孔d的孔心连线为半圆形凹槽b表面的零度轴，所述刀刃b设置在半圆形凹槽b表面上的角度包括：30°、45°、60°。

所述上压头的半圆柱型凹槽a与下压头的半圆柱凹槽b对接放置，形成圆柱体结构；所述定位销a依次贯穿定位销孔a和定位销孔c将上压头和下压头的一侧固定。

所述定位销b依次贯穿定位销孔b和定位销孔b将上压头和下压头的另一侧固定；所述定位销a和定位销b的直径尺寸与定位销孔a、定位销孔b、定位销孔c和定位销孔d的内径尺寸匹配；所述定位销a和定位销b的长度相同。

一种如上所述的制造标准裂隙岩石样品的装置的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：取一个标准岩石力学试样，放置在上压头的半圆柱型凹槽a与下压头的半圆柱凹槽b对接形成的圆柱体内；

步骤二：将定位销a和定位销b插入上压头和下压头的定位销孔内用以固定；

步骤三：调整岩石试样位置，居中对齐。

步骤四：将完成步骤三设置的装置放置于压力机平台上，以合适加载速度为压头加压，刀刃a和刀刃b通过压力机平台上施加的压力将岩石按刀刃a和刀刃b设置在上压头和下压头的的角度劈裂；刀刃a和刀刃b角度根据制造的不同角度裂隙需要进行调整；

步骤五：将劈裂岩石试样从模具中取出。

本发明的有益技术效果在于：

本发明刀刃角度可根据需求制造，例如30度、45度、60度等，用以制造不同角度裂隙。本发明装置简单高效，可用以制造不同角度的人工裂隙便于试验现场应用，对开展相关岩石力学试验具有重要意义。

附图说明

图1为本发明所述的上压头正视图；

图2为本发明所述的下压头正视图；

图3为本发明设计的制造标准裂隙岩石样品的装置结构示意图；

图4为本发明所述的定位销结构示意图；

其中，1-上压头、2-下压头、3-刀刃a、4-刀刃b，5-定位销a、6-定位销b、7-定位销孔a、8-定位销孔b、9-定位销孔c、10-定位销孔d、11-半圆柱凹槽a、12-半圆柱凹槽b

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

一种制造标准裂隙岩石样品的装置，包括：上压头1、下压头2、刀刃a3、刀刃b4、定位销a5和定位销b6，所述上压头1通过定位销a5和定位销b6与下压头2固定连接；所述上压头1上设置有刀刃a3；所述下压头2上设置有刀刃b4。

所述上压头1整体为长方体结构；上压头1的表面上开有半圆柱型凹槽a11，所述半圆柱型凹槽a11的表面上设置有刀刃a3；所述半圆柱型凹槽a11的直径为50mm；所述半圆柱型凹槽a11的长度与上压头1的长度相同；所述半圆柱型凹槽a11的直径小于上压头1的宽度。

所述上压头1还包括：定位销孔a7和定位销孔b8；所述定位销孔a7和定位销孔b8对称设置在上压头1的半圆柱型凹槽a11的两侧。

所述刀刃a3贴合半圆柱型凹槽a11的表面设置，所述半圆柱型凹槽a11的中心与定位销孔a7和定位销孔b8的孔心水平同轴设置；半圆柱型凹槽a11中心与定位销孔a7和定位销孔b8的孔心连线为半圆柱型凹槽a11表面的零度轴，所述刀刃a3设置在半圆柱型凹槽a11表面上的角度包括：30°、45°、60°。

所述下压头2整体为长方体结构；下压头2的表面上开有半圆柱型凹槽b12，所述半圆柱凹槽b12的表面上设置有刀刃b4；所述半圆柱凹槽b12的直径为50mm；所述半圆柱型凹槽b12的长度与下压头2的长度相同；所述半圆柱型凹槽b12的直径小于下压头2的宽度。

所述下压头2的上表面开有半圆柱凹槽b12，所述半圆柱凹槽b12的表面上设置有刀刃b4；所述刀刃b4贴合半圆柱凹槽b12的表面设置；所述半圆柱凹槽b的内径为50mm；所述半圆柱凹槽b12的长度与下压头2的长度相同；所述半圆柱凹槽b12的直径小于下压头2的宽度。

所述下压头2还包括：定位销孔c9和定位销孔d10；所述定位销孔c9和定位销孔d10对称设置在下压头2的半圆柱凹槽b12的两侧。

所述刀刃b4贴合半圆柱凹槽b12的表面设置，所述半圆柱凹槽b12的中心与定位销孔c9和定位销孔d10的孔心水平同轴设置；半圆形凹槽b12中心与定位销孔c9和定位销孔d10的孔心连线为半圆形凹槽b12表面的零度轴，所述刀刃b4设置在半圆形凹槽b12表面上的角度包括：30°、45°、60°。

所述上压头1的半圆柱型凹槽a11与下压头2的半圆柱凹槽b12对接放置，形成圆柱体结构；所述定位销a5依次贯穿定位销孔a7和定位销孔c9将上压头1和下压头2的一侧固定。

所述定位销b6依次贯穿定位销孔b8和定位销孔b8将上压头1和下压头2的另一侧固定；所述定位销a5和定位销b6的直径尺寸与定位销孔a7、定位销孔b8、定位销孔c9和定位销孔d10的内径尺寸匹配；所述定位销a5和定位销b6的长度相同。

一种如上所述的制造标准裂隙岩石样品的装置的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：取一个标准岩石力学试样，放置在上压头1的半圆柱型凹槽a11与下压头2的半圆柱凹槽b12对接形成的圆柱体内；

步骤二：将定位销a5和定位销b6插入上压头1和下压头2的定位销孔内用以固定；

步骤三：调整岩石试样位置，居中对齐。

步骤四：将完成步骤三设置的装置放置于压力机平台上，以合适加载速度为压头加压，刀刃a3和刀刃b4通过压力机平台上施加的压力将岩石按刀刃a3和刀刃b4设置在上压头1和下压头2的的角度劈裂；刀刃a3和刀刃b4角度根据制造的不同角度裂隙需要进行调整；

步骤五：将劈裂岩石试样从模具中取出。

其中刀刃a3和刀刃b4的两道刀刃角度可根据需求制造，例如30度、45度、60度等，用以制造不同角度裂隙。本实施及附图中角度为30度。

上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。