一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置

1.本实用新型涉及地质力学模拟试验领域，具体为一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置。


背景技术：

2.随着我国水能资源的大力开发，越来越多的水工建筑物将修建在地质条件复杂的地基上。如水工隧洞的围岩、拱坝坝肩的抗力体、重力坝的基岩、岩质高边坡等等岩体中，往往存在断夹层、蚀变带、节理裂隙等复杂地质构造。自然界的岩体特别是地表工程结构的地基，常常被构造断裂切割成大小不等、性态各异的不连续的岩块。这些天然岩体的力学性质在很大程度上被断夹层、蚀变带、节理裂隙等这样一些地质构造面所控制，因此在进行这些水工建筑物的稳定性分析时，必须对这些复杂地质构造进行模拟。但在地质力学模型试验中，岩体的模拟是比较复杂的，能否较真实地模拟岩体的力学条件，包括岩体中断夹层、蚀变带、节理裂隙等复杂的地质构造以及其物理力学参数，关系到试验成果的可信度。因此，在目前的地质力学模型试验中，对于iv级及以上的断层结构面，通过其走向、倾向、倾角等对其空间位置进行模拟，通过专门的结构面材料(如变温相似材料、脱水石膏)用敷填法对其几何尺寸进行模拟，再组合牛皮纸或电光纸或聚乙烯或聚四氟乙烯等薄膜对其抗剪断强度进行模拟；而对于iv级以下成组的节理裂隙，则通过小块体砌筑技术，块体本身模拟岩体的变形特征，在小块体砌筑技术中采用压制装置压制成型小块体，小块体间的错缝砌筑或低强度粘接用于模拟节理裂隙的连通率以及裂隙岩体的强度特性，这就使得模型的受力变形特性接近实际岩体的变形特征，从而能够对一些主要的节理裂隙组进行模拟。然而，目前的压制装置还存在如下的缺点：目前压制装置在小块体压制成型中，一般通过压模机压制岩体模型材料，其基本为立方体小块体，因此能模拟成正交的的节理裂隙组，但是对于非正交节理则无法进行模拟。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置，更换不同形状的模具组件和更换与之相匹配的压头，从而压制不同倾角的小块体，再将规格的小块体错缝砌筑成岩体样品，模拟非正交、不同连通率的空间复杂交汇节理岩体，使得小块体砌筑的模型组合体与原型岩体的物理力学性质保持相似，从而间接的提高了试验结果的可信度。
4.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置，包括工作台、压模机和固定钢模，所述固定钢模固定连接在所述工作台上，所述固定钢模沿高度方向贯穿开设有矩形置模槽，所述矩形置模槽内设置有模具组件，所述模具组件可沿着所述固定钢模的高度方向移动，所述模具组件包括四组可拆钢板，四组所述可拆钢板依次围绕形成压模空间，所述压模机位于所述模具组件的上方，所述压模机的下压机头上可拆卸的安装有压头，所述压模空间位于所述压头的移动路径上，所述压
头的形状与所述压模空间的形状相匹配。
5.进一步地，所述工作台上开设有与所述矩形置模槽相通的通孔，所述固定钢模的下方设置有矩形框架，所述矩形框架可沿着所述工作台的高度方向移动，四组所述可拆钢板分别安装在所述矩形框架顶部的四个边上。
6.进一步地，所述矩形框架的底部固定有底板，所述底板连接有液压缸，所述液压缸的缸体安装在所述工作台的横梁上。
7.进一步地，所述可拆钢板的底部开设有第一异形槽，所述矩形框架的顶部固定第一异形杆，所述第一异形杆的形状与所述第一异形槽的形状相匹配，所述第一异形杆以唯一对应关系适配在所述第一异形槽内。
8.进一步地，所述压头的顶部固定有柱形座，所述柱形座上开设有第二异形槽，所述压模机的下压机头连接有柱形杆，所述柱形杆的底部固定有第二异形杆，所述第二异形杆的形状与所述第二异形槽的形状相匹配，所述第二异形杆以唯一对应关系适配在所述第二异形槽内。
9.进一步地，所述柱形杆的外壁与柱形座的外壁均设有外螺纹，所述柱形杆上螺纹连接有固定套，所述固定套同时连接在所述柱形杆与柱形座上。
10.进一步地，所述固定钢模采用螺栓固定连接在所述工作台上。
11.本实用新型的有益效果是：
12.1、一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置，更换不同形状的模具组件和更换与之相匹配的压头，从而压制不同倾角的小块体，再将规格的小块体错缝砌筑成岩体样品，，模拟非正交、不同连通率的空间复杂交汇节理岩体，使得小块体砌筑的模型组合体与原型岩体的物理力学性质保持相似，从而间接的提高了试验结果的可信度。
13.2、通过第一异形杆与第一异形槽的适配使得在更换可拆钢板时不会出现安装错误的情况，同时通过第二异形杆与第二异形槽的适配使得在更换压头使不会出现安装偏差，从而保证在压制时压头不会与可拆钢板产生干涉，使压头与可拆钢板在压制的过程中不受到损坏。
附图说明
14.图1为本实用新型一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置的内部结构示意图；
15.图2为本实用新型一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置中第一种形状的模具组件；
16.图3为本实用新型一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置中第二种形状的模具组件；
17.图4为本实用新型一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置中第三种形状的模具组件；
18.图5为图1中a处放大图；
19.图中，1-工作台，2-压模机，3-固定钢模，4-可拆钢板，5-压模空间，6-压头，7-矩形框架，8-底板，9-液压缸，10-第一异形槽，11-第一异形杆，12-柱形座，13-第二异形槽，14-柱形杆，15-第二异形杆，16-固定套。
具体实施方式
20.下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
21.如图1至图5所示，一种地质力学模型多裂隙模拟小块材料压制装置，包括工作台1、压模机2和固定钢模3，固定钢模3固定连接在工作台1上，固定钢模3沿高度方向贯穿开设有矩形置模槽，矩形置模槽内设置有模具组件，模具组件可沿着固定钢模3的高度方向移动，模具组件包括四组可拆钢板4，四组可拆钢板4依次围绕形成压模空间5，压模机2位于模具组件的上方，压模机2的下压机头上可拆卸的安装有压头6，压模空间5位于压头6的移动路径上，压头6的形状与压模空间5的形状相匹配；更换不同形状的模具组件和更换与之相匹配的压头6，从而压制不同倾角的小块体，再将规格的小块体错缝砌筑成岩体样品，模拟非正交、不同连通率的空间复杂交汇节理岩体，使得小块体砌筑的模型组合体与原型岩体的物理力学性质保持相似，从而间接的提高了试验结果的可信度；具体实施时，压制装置配置有多套模具组件，不同模具组件的四组可拆钢板4之间围成不同形状的压模空间，同时，不同的模具组件匹配有相对应的压头6，压头6的形状与对应模具组件的压模空间的形状适配，从而压制出不同形状的小压块，以适应岩体形状的多样化；例如，如图2所示，四个矩形或等腰梯形形状的可拆钢板4围绕形成矩形形状的压模空间5，此时更换矩形形状的压头6，从而压制出矩形形状的小块体；又例如，如图3和图4所示，更换其他形状的可拆钢板4，使四组可拆钢板4之间形成菱形形状的压模空间5，同样的，更换与之匹配的压头6，从而压制出与压模空间5对应形状的小块体。从而使得小块体的压制形状更加多样化，使得小块体砌筑的模型组合体与原型岩体的物理力学性质保持相似，从而间接的提高了试验结果的可信度。
22.进一步地，如图1所示，工作台1上开设有与矩形置模槽相通的通孔，固定钢模3的下方设置有矩形框架7，矩形框架7可沿着工作台1的高度方向移动，四组可拆钢板4分别安装在矩形框架7顶部的四个边上，矩形框架7的底部固定有底板8，底板8连接有液压缸9，液压缸9的缸体安装在工作台1的横梁上，固定钢模3采用螺栓固定连接在工作台1上；通过液压缸9带动矩形框架7升降，从而便于可拆钢板4的安装与拆卸；具体为，液压缸9伸长，使矩形框架7的顶部从压模空间5内穿出，从而使矩形框架7的顶部裸露，此时将可拆钢板4安装或更换在矩形框架7上，然后液压缸9收缩使可拆钢板4形成的模具组件适配在固定钢模3内，模具组件适配至固定钢模3内时，矩形框架7的底面与工作台1的上表面齐平，然后向压模空间5内倒入模型材料，然后压模机2带动压头6下压对模型材料进行压制成型。
23.进一步地，如图5所示，现有在模具以及压模机领域普遍采用螺纹的方式实现可拆卸，然后此种方式安装精度较差，具体表现在，需要转动压头6和可拆钢板4进行安装，安装到位仅仅通过能否继续转动压头6和可拆钢板4进行判断，然而不同操作人员的力量不一致和感知也不一样，导致对安装到位的判断不一致，可能出现肉眼不易观察到的偏差，导致压头6或可拆钢板4的安装出现偏差，从而压头6在压制时会碰撞到可拆钢板4上，进而损坏压头6和可拆钢板4，影响试验的进行，为此，本技术对可拆钢板4与压头6的拆卸连接做了如下改进：可拆钢板4的底部开设有第一异形槽10，矩形框架7的顶部固定第一异形杆11，第一异形杆11的形状与第一异形槽10的形状相匹配，第一异形杆11以唯一对应关系适配在第一异形槽10内，压头6的顶部固定有柱形座12，柱形座12上开设有第二异形槽13，压模机2的下压
机头连接有柱形杆14，柱形杆14的底部固定有第二异形杆15，第二异形杆15的形状与第二异形槽13的形状相匹配，第二异形杆15以唯一对应关系适配在第二异形槽13内，柱形杆14的外壁与柱形座12的外壁均设有外螺纹，柱形杆14上螺纹连接有固定套16，固定套16同时连接在柱形杆14与柱形座12上；通过第一异形杆11与第一异形槽10的适配使得在更换可拆钢板4时不会出现安装错误的情况，同时通过第二异形杆11与第二异形槽13的适配使得在更换压头6使不会出现安装偏差，从而保证在压制时压头6不会与可拆钢板4产生干涉，使压头6与可拆钢板4在压制的过程中不受到损坏；优选的，第一异形槽10与第二异形槽13的形状不采用对称形状。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；以及本领域普通技术人员可知，本实用新型所要达到的有益效果仅仅是在特定情况下与现有技术中目前的实施方案相比达到更好的有益效果，而不是要在行业中直接达到最优秀使用效果。
25.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。