CN106018029A - 一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置及其实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置及其实验方法，包括外围钢架、试样模具及其加固件、丝杆活塞，外围钢架包括装置底座和钢框架，钢框架固定安装在装置底座的上顶面，试样模具及其加固件由模具底座、有机玻璃套筒、模具保护件以及帽头组成，丝杆活塞包括由大螺距丝杆和小螺距丝杆嵌套构成的丝杆，以及位于丝杆底端的橡胶塞，模具底座为缸形底座，模具底座中间开设有一凹槽，机玻璃套筒一端嵌入所述凹槽内，所述凹槽内底面开设有多个密布小孔。本发明不仅能制作透明岩体相似材料的圆柱试样，还能制作普通岩体相似材料的圆柱试样，另外，还能对含水的土体试样进行排水固结，具有简单灵活、使用经济、操作方便和易于推广等优点。

Description

一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置及其实验方法
技术领域
本发明涉及制作岩体试样的实验装置与方法，具体涉及一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置及其实验方法。
背景技术
众所周知，岩体相似材料作为一种与岩体力学性质相似的人工配制材料，在地下工程物理模型试验中占有十分重要的地位。其中，透明岩体相似材料是近年来新兴发展起来的一种岩体相似材料，具有内部变形破裂可直接观测的优点，因而目前受到了很多岩石力学研究学者的关注。透明岩体相似材料由硅粉和矿物油溶液配制而成，其配制初期是一种具有可流动性的胶体，需放在密封的模具中进行长时间固结(15天以上)才能具有一定的强度。为研究透明岩体相似材料的力学性质，传统方法一般采用两瓣或三瓣式的圆柱形金属模具来盛装初期具有流动性的透明岩体相似材料，经过抽真空排出内部气体后再放在三联高压固结仪上进行保载固结。在这过程中，三联高压固结仪的压头很难与金属模具保持对齐，容易出现压头与金属模具卡死的现象；同时因金属模具底部密封，矿物油溶液大部分都是从试样上方的压头处排出，导致试样的排液固结时间很长，严重影响实验进程；另外，由于金属模具一般为铁制品，两瓣或三瓣模具容易在长时间固结加载过程中生锈，导致试样难以从模具取出，甚至造成试样的损坏。因此传统的透明岩体相似材料试样装置及其制作方法不能很好的解决圆柱试样的制作问题，需进行改进。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置及其实验方法，不仅能制作透明岩体相似材料的圆柱试样，还能制作普通岩体相似材料的圆柱试样，如石蜡砂子岩体相似材料圆柱试样，另外，还能对含水的土体试样进行排水固结，具有简单灵活、使用经济、操作方便和易于推广等优点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置，包括外围钢架、试样模具及其加固件、丝杆活塞，所述外围钢架包括装置底座和钢框架，钢框架固定安装在装置底座的上顶面，目的是为丝杆活塞提供支撑反力并提供试样制作所需的空间；试样模具及其加固件由模具底座、有机玻璃套筒、模具保护件以及帽头组成，保证透明岩体圆柱试样的安全制作，丝杆活塞包括由大螺距丝杆和小螺距丝杆嵌套构成的丝杆，以及位于丝杆底端的橡胶塞，目的是对透明岩体圆柱试样进行固结加载并将其从模具中取出，所述模具底座为缸形底座，模具底座中间开设有一凹槽，机玻璃套筒一端嵌入所述凹槽内，所述凹槽内底面开设有多个密布小孔，所述凹槽内布置有滤石和滤纸，滤纸位于滤石上方，以使在加载固结压力下，透明岩体圆柱试样的硅粉颗粒不排出而矿物油溶液向下排出，所述模具保护件由两块弧形钢壳板构成，两块弧形钢壳板通过四个翼型螺栓和螺母对有机玻璃套筒进行夹紧加固。
优选地，外围钢架的底板上设有一直径稍大于试样直径的圆形孔洞，圆形孔洞的位于试样模具的正下方，以便透明岩体圆柱试样从该孔洞中挤出。
优选地，滤石和滤纸的直径与凹槽的直径相同。
优选地，所述有机玻璃套筒为有机玻璃管切割打磨而成，有机玻璃套筒6上设有尺寸刻度，方便确定透明岩体圆柱试样的固结压缩量大小。
优选地，所述橡胶塞由转轮、金属壳和橡胶套构成，转轮固定于丝杆的底端，金属壳包裹在转轮外，当丝杆转动时，转轮随丝杆在金属壳内转动并推动金属壳向下移动；金属壳外包裹有橡胶套，防止透明岩体圆柱试样的矿物油溶液从活塞缝隙处溢出。
优选地，所述的小螺距丝杆嵌套于外围钢架的顶板之中，大螺距丝杆则嵌套于小螺距丝杆之中，通过转动这两根丝杆均可对透明岩体圆柱试样进行加载，但小螺距丝杆的作用主要是对试件进行固结加载，而大螺距丝杆则主要用于将圆柱试件从模具内挤出。
优选地，所述小螺距丝杆一侧固定安装有转杆，大螺距丝杆上顶端固定安装有手轮。
上述一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置的实验方法，包括如下步骤：
S1、将硅粉和矿物油溶液进行搅拌合成具有可流动性的混合材料；
S2、将试样模具从实验装置中取出，并往其中倒入透明岩体相似材料后，放入真空箱进行抽真空，将模具内的透明岩体相似材料气泡排出，进而使材料保持透明；
S3、将筑满透明岩体相似材料的试样模具重新放入实验装置中，摇动大螺距丝杆将活塞对准压入试样模具中，然后再缓慢转动小螺距丝杆对模具内的透明岩体材料进行加载固结，使透明岩体相似材料内的矿物油溶液缓慢从底座排出；
S4、当加载固结完成后，去除模具底座，摇动大螺距丝杆将固结硬化后的透明岩体圆柱试样从模具内通过钢框架底板的圆形孔洞顶出。
本发明具有以下有益效果：
不仅能制作透明岩体相似材料的圆柱试样，还能制作普通岩体相似材料的圆柱试样，如石蜡砂子岩体相似材料圆柱试样，另外，还能对含水的土体试样进行排水固结，具有简单灵活、使用经济、操作方便和易于推广等优点。
附图说明
图1为本发明实施例制作透明岩体圆柱试样的实验装置的结构示意图。
图2为本发明实施例制作透明岩体圆柱试样的实验装置中模具底座的结构示意图。
图3为本发明实施例制作透明岩体圆柱试样的实验装置中模具保护件的结构示意图。
图4为本发明实施例制作透明岩体圆柱试样的实验装置中活塞的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置，包括外围钢架2、试样模具及其加固件、丝杆活塞，所述外围钢架包括装置底座1和钢框架2，钢框架2固定安装在装置底座1的上顶面，目的是为丝杆活塞提供支撑反力并提供试样制作所需的空间；试样模具及其加固件由模具底座3、有机玻璃套筒6、模具保护件8以及帽头13组成，保证透明岩体圆柱试样的安全制作，丝杆活塞包括由大螺距丝杆14和小螺距丝杆15嵌套构成的丝杆，以及位于丝杆底端的橡胶塞，目的是对透明岩体圆柱试样进行固结加载并将其从模具中取出，所述模具底座3为缸形底座，模具底座3中间开设有一凹槽，机玻璃套筒6一端嵌入所述凹槽内，所述凹槽内底面开设有多个密布小孔，所述凹槽内布置有滤石4和滤纸5，滤纸5位于滤石4上方，以使在加载固结压力下，透明岩体圆柱试样的硅粉颗粒不排出而矿物油溶液向下排出，所述模具保护件8由两块弧形钢壳板构成，两块弧形钢壳板通过四个翼型螺栓9和螺母对有机玻璃套筒6进行夹紧加固。
外围钢架2的底板上设有一直径稍大于试样直径的圆形孔洞，圆形孔洞的位于试样模具的正下方，以便透明岩体圆柱试样固结成型后，从该孔洞中挤出。
滤石和滤纸的直径与凹槽的直径相同。
所述有机玻璃套筒6为有机玻璃管切割打磨而成，有机玻璃套筒6上设有尺寸刻度，方便确定透明岩体圆柱试样的固结压缩量大小。
所述橡胶塞由转轮12、金属壳11和橡胶套10构成，转轮12固定于丝杆的底端，金属壳11包裹在转轮12外，当丝杆转动时，转轮随丝杆在金属壳内转动并推动金属壳向下移动；金属壳1外包裹有橡胶套10，防止透明岩体圆柱试样的矿物油溶液从活塞缝隙处溢出。
所述的小螺距丝杆15嵌套于外围钢架2的顶板之中，大螺距丝杆14则嵌套于小螺距丝杆15之中，通过转动这两根丝杆均可对透明岩体圆柱试样进行加载，但小螺距丝杆的作用主要是对试件进行固结加载，而大螺距丝杆则主要用于将圆柱试件从模具内挤出。
所述小螺距丝杆15一侧固定安装有转杆16，大螺距丝杆14上顶端固定安装有手轮17。
上述一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置的实验方法，包括如下步骤：
S1、将硅粉和矿物油溶液进行搅拌合成具有可流动性的混合材料；
S2、将试样模具从实验装置中取出，并往其中倒入透明岩体相似材料后，放入真空箱进行抽真空，将模具内的透明岩体相似材料气泡排出，进而使材料保持透明；
S3、将筑满透明岩体相似材料的试样模具重新放入实验装置中，摇动大螺距丝杆将活塞对准压入试样模具中，然后再缓慢转动小螺距丝杆对模具内的透明岩体材料进行加载固结，使透明岩体相似材料内的矿物油溶液缓慢从底座排出；
S4、当加载固结完成后，去除模具底座，摇动大螺距丝杆将固结硬化后的透明岩体圆柱试样从模具内通过钢框架底板的圆形孔洞顶出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置，其特征在于，包括外围钢架(2)、试样模具及其加固件、丝杆活塞，所述外围钢架包括装置底座(1)和钢框架(2)，钢框架(2)固定安装在装置底座(1)的上顶面，试样模具及其加固件由模具底座(3)、有机玻璃套筒(6)、模具保护件(8)以及帽头(13)组成，丝杆活塞包括由大螺距丝杆(14)和小螺距丝杆(15)嵌套构成的丝杆，以及位于丝杆底端的橡胶塞，所述模具底座(3)为缸形底座，模具底座(3)中间开设有一凹槽，机玻璃套筒(6)一端嵌入所述凹槽内，所述凹槽内底面开设有多个密布小孔，所述凹槽内布置有滤石(4)和滤纸(5)，滤纸(5)位于滤石(4)上方，所述模具保护件(8)由两块弧形钢壳板构成，两块弧形钢壳板通过四个翼型螺栓(9)和螺母对有机玻璃套筒(6)进行夹紧加固。
2.根据权利要求1所述的制作透明岩体圆柱试样的实验装置，其特征在于：外围钢架(2)的底板上设有一直径稍大于试样直径的圆形孔洞，圆形孔洞的位于试样模具的正下方。
3.根据权利要求1所述的制作透明岩体圆柱试样的实验装置，其特征在于：滤石和滤纸的直径与凹槽的直径相同。
4.根据权利要求1所述的制作透明岩体圆柱试样的实验装置，其特征在于：所述有机玻璃套筒(6)为有机玻璃管切割打磨而成，有机玻璃套筒(6)上设有尺寸刻度。
5.根据权利要求1所述的制作透明岩体圆柱试样的实验装置，其特征在于：所述橡胶塞由转轮(12)、金属壳(11)和橡胶套(10)构成，转轮(12)固定于丝杆的底端，金属壳(11)包裹在转轮(12)外；金属壳(1)外包裹有橡胶套(10)。
6.根据权利要求1所述的制作透明岩体圆柱试样的实验装置，其特征在于：所述的小螺距丝杆(15)嵌套于外围钢架(2)的顶板之中，大螺距丝杆(14)则嵌套于小螺距丝杆(15)之中。
7.根据权利要求1所述的制作透明岩体圆柱试样的实验装置，其特征在于：所述小螺距丝杆(15)一侧固定安装有转杆(16)，大螺距丝杆(14)上顶端固定安装有手轮(17)。
8.一种制作透明岩体圆柱试样的实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将硅粉和矿物油溶液进行搅拌合成具有可流动性的混合材料；
S2、将试样模具从实验装置中取出，并往其中倒入透明岩体相似材料后，放入真空箱进行抽真空，将模具内的透明岩体相似材料气泡排出，进而使材料保持透明；
S3、将筑满透明岩体相似材料的试样模具重新放入实验装置中，摇动大螺距丝杆将活塞对准压入试样模具中，然后再缓慢转动小螺距丝杆对模具内的透明岩体材料进行加载固结，使透明岩体相似材料内的矿物油溶液缓慢从底座排出；
S4、当加载固结完成后，去除模具底座，摇动大螺距丝杆将固结硬化后的透明岩体圆柱试样从模具内通过钢框架底板的圆形孔洞顶出。
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