CN106940267A - 一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，包括实验台框架、冷冻箱、冷冻箱盖、低温储存盒、冷冻盘、多功能电子秤、托盘、搅拌机、主放料口、副放料管道、副放料口、出料控制装置、控制面板、试件模具、振动台、出料口、牵引拉环、刮刀。该实验台左侧为冷冻箱；实验台桌面上镶嵌有控制面板；搅拌机上部与主放料口连接，下部与出料口相连；出料控制装置置于搅拌机下端口；振动台上部卡槽引导试件模具直线移动，依次完成材料装填。本发明解决了目前相似模拟试验中制作具有节理裂隙试件存在的问题，实现对于现场煤、岩体的近似与仿真，此外实验台的设计将制作流程有机整合，使用方便简单，效率高，克服了现有技术的不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，用于相似模拟试验中制备具有随机节理裂隙的煤、岩试件。
背景技术
对于现场采集的煤、岩体制作成试件进行单轴压缩、直剪试验是研究其力学性质的重要手段之一，但是大量的现场采集工作耗时耗力，通过相似模拟试验制作人工试件是一个比较理想的替代方法。但是赋存于地下的煤、岩体由于长期地质作用，内部存在大量随机分布的节理裂隙，这些节理裂隙的存在使煤、岩体具有非均质性、各向异性和非连续性，影响到煤、岩体的破坏过程和机理。而相似模拟试验中对于煤、岩体中节理裂隙的真实模拟是难点所在，因此目前的研究主要是建立在煤、岩体是理想均质的假设基础之上的，制作的试件不含有节理裂隙，并不考虑节理裂隙对实验结果的影响；另外有学者在模拟节理裂隙上做了一些尝试，但是制作的试件中的裂隙并不是随机分布的或者模拟材料选择单一，和实际情况仍有差距，并不能很好的模拟煤、岩体的力学特征和破坏机理，同时实验过程复杂，降低了实验的精确性和可操作性，不利于推广应用。
发明内容
本发明提出一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，该实验台可以制备试件近似模拟真实煤、岩体中所存在的接触面光滑的和接触面粗糙的、被碎屑充填的和无填充物的及零散分布的多种形态节理裂隙，实现对于现场煤、岩体的近似与仿真，从而更客观反映其破坏过程及机理，此外实验台的设计将制作流程有机整合，实现流水化作业，使用方便简单，效率高，克服了现有技术的不足。
本发明采用如下技术方案。
本发明包括实验台框架、冷冻箱、冷冻箱盖、低温储存盒、冷冻盘、多功能电子秤、托盘、搅拌机、主放料口、副放料管道、副放料口、出料控制装置、控制面板、试件模具、振动台、出料口、牵引拉环、刮刀；所述的冷冻箱置于实验台左侧，其内部上端置有所述的低温储存盒，其内部下方置有所述的冷冻盘；所述的多功能电子秤镶嵌于实验台桌面，所述的托盘置于所述的多功能电子秤上方；所述的搅拌机置于所述的主放料口下方；所述的副放料管道上端口与所述的副放料口连接，其上部置于所述的实验台框架内部，其下部与所述的出料口相连；所述的出料控制装置置于所述的搅拌机下端口，两端固定于所述的实验台框架上；所述的控制面板位于实验台桌面右下角；所述的试件模具置于所述的振动台上方及所述的出料口正下方；所述的牵引拉环与所述的试件模具侧面连接；所述的刮刀两端固定于所述的实验台框架上，置于实验台前侧，其下端与所述的试件模具上部处于同一水平高度。
所述的冷冻箱盖是由硬质聚氨酯泡沫塑料板外裹PVC板或冲压折弯的金属板材所制成推拉式箱盖，其上端的低温储存盒可以储存用于模拟裂隙所需的材料，拆卸方便，且箱盖上带有锁，便于安全管理。
所述多功能电子秤具有数据导入、数据记忆及汉显功能，将需要称重的材料名称及所需重量预先通过USB接口、蓝牙或者NFC标签导入电子秤，实验时可以按照屏幕提示进行逐一称量，操作便捷，减少实验者称量错误。
所述的出料控制装置由步进电机控制，通过所述的操作面板上的按钮，实现所述的出料口的打开和关闭功能，且增强了所述的搅拌机的稳定性。
所述的试件模具由金属板或环氧树脂板制成，由快拆杆紧锁，以实现快速拆装。
所述的牵引拉环由环氧树脂制成，可牵引所述的试件模具在所述的振动台上的卡槽内移动，操作方便。
所述的副进料管道其下端管道角度较大，保证裂隙模拟材料的顺利下滑，且可以随着混合浆液从所述的出料口放出，实现自动化制备随机节理裂隙试件。
所述的振动台具有时间预设、振幅调节功能。
本发明解决了目前相似模拟试验制作煤、岩试件过程中无法预制节理裂隙，或者预制的节理裂隙不是随机分布的以及模拟材料选择单一的问题，本发明用于制备的具有随机节理裂隙的试件，实现了对于真实煤、岩体中随机分布的接触面光滑的和接触面粗糙的、被碎屑充填的和无填充物的及零散分布的多种形态节理裂隙的近似与仿真，更加真实反映煤、岩体的力学特征和破坏机理，符合现场条件，增加了相似模拟的准确性，并且实验台的设计将实验流程有机整合，使用方便，效率大大提高。本发明可用于煤、岩体破碎机理、煤壁片帮、边坡稳定性相关研究的相似模拟试验，利用冷冻箱，制备模拟节理裂隙的材料；利用步进式电机，实现出料口的打开和关闭功能，操作简单，控制精准；试件模具由快拆杆紧锁，可以实现试件模具的快速拆装；利用振动台，有利于试件模具中浆液的流动以及浆液中空气的及时排出；利用刮刀，用于刮去多余浆液，并使试件表面平整。
附图说明
当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台整体示意图。
图2为本发明实施例中冷冻箱示意图。
图3为本发明实施例中实验台部分零部件示意图
附图中的标记符号说明：
1-实验台框架、2-冷冻箱、3-冷冻箱盖、4-低温储存盒、5-冷冻盘、6-多功能电子秤、7-托盘、8-搅拌机、9-主放料口、10-副放料管道、11-副放料口、12-出料控制装置、13-控制面板、14-试件模具、15-振动台、16-出料口、17-牵引拉环、18-刮刀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，包括实验台框架、冷冻箱、低温储存盒、冷冻盘、多功能电子秤、托盘、搅拌机、主放料口、副放料管道、副放料口、出料控制装置、控制面板、试件模具、振动台、出料口、牵引拉环、刮刀。
如图1、2、3所示，本制备具有随机节理裂隙试件的实验台的的冷冻箱2置于实验台左侧，其内部上端置有低温储存盒4，其内部下方置有冷冻盘5；多功能电子秤6镶嵌于实验台桌面，托盘7置于多功能电子秤6上方；搅拌机8置于主放料口9下方；副放料管道10上端口与副放料口11连接，其上部置于实验台框架1内部，其下部与出料口16相连；出料控制装置12置于搅拌机8下端口，两端固定于实验台框架1上；控制面板13位于实验台桌面右下角；试件模具14置于振动台15上方及出料口16正下方；牵引拉环17与试件模具14侧面连接；刮刀18两端固定于所述的实验台框架1上，置于实验台前侧，其下端与试件模具14上部处于同一水平高度。
其实验步骤如下：
本实施例中所采用的试件模具14为3个尺寸为100×100×100mm(长×宽×高)模具分格并排布置的钢制模具，可以同时制作三个试件。
采用的冷冻盘5为尺寸是330×250×25mm(长×宽×高)的金属盘，将冷冻盘5水平放置在实验台桌面上，使用多功能电子秤6和托盘7称取230g水并缓慢倒入冷冻盘5中，再称取56g洗净晾干的云母片，将云母片均匀平铺于盛有水的冷冻盘5中，打开冷冻箱盖3，将冷冻盘5平置于冷冻箱2中，关闭冷冻箱盖3，设定-20℃，冷冻36小时。
将冷冻好的含有云母的冰片装于低温储存盒4中备用，用以模拟被碎屑充填的节理裂隙。
将冷冻盘5水平放置，使用多功能电子秤6和托盘7称取280g水并缓慢倒入冷冻盘5中，再将冷冻盘5平置于冷冻箱2中，设定-20℃，冷冻36小时。
将冷冻好的不含有云母的冰片装于低温储存盒4中备用，用以模拟有无填充物的节理裂隙。
将厚度为2.0mm的石蜡薄片置于低温储存盒4中备用，用以模拟接触面光滑的节理裂隙。
将厚度为0.02mm，尺寸为250×90mm(长×宽)的可食用糯米纸置于低温储存盒4中备用，用以模拟接触面粗糙的节理裂隙。
将二水片状氯化钙用筛孔尺寸为4.0mm的分样筛进行筛选，将筛选后留在分样筛中的二水片状氯化钙置于低温储存盒4中备用，用以模拟零散分布的节理裂隙。
本实施例中采用水泥作为胶凝材料，配合适当煤粉制备试件，水泥选用海螺牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，煤粉用筛孔尺寸为1.0mm的分样筛筛选备用。
按动控制面板13上的按钮启动搅拌机8，将煤粉、水泥和水按照所需比例使用多功能电子秤6和托盘7进行称取，依次通过主放料口9加入搅拌机8中搅拌3分钟，再按照比例使用多功能电子秤6和托盘7进行称取适当尺寸的石蜡薄片、可食用糯米纸、二水片状氯化钙，加入搅拌机8继续搅拌20秒。
使用多功能电子秤6和托盘7按比例称取含有云母的冰片及不含有云母的冰片，并加入副放料口11，经由副放料管道10送至搅拌机8下部。
将试件模具14内壁均匀刷上润滑油，利用牵引拉环17将试件模具14沿着振动台15上部卡槽移动，使试件模具14第一个分格移至出料口16正下方，同时通过按动控制面板13上的按钮设定振动台15的振动幅度，并启动振动台15。
按动控制面板13上的按钮启动出料控制装置12，将出料口16打开，使配好的材料流入位于出料口16正下方的试件模具14第一个分格中，试件模具14第一个分格填装完毕后，通过按动控制面板13上的按钮，使出料口16关闭，利用牵引拉环17将试件模具14沿着振动台15上部的卡槽移动，使试件模具14第二个分格移至出料口16的正下方进行填装，直至将3个分格填装完毕。
按动控制面板13上的按钮关闭搅拌机8和振动台15。
利用牵引拉环17将试件模具14沿着振动台15上部的卡槽拉出，拉出的过程中，利用刮刀18刮平试件表面，罩上塑料薄膜，放在阴凉处静置24h。
将试件从试件模具14中取出，在通风干燥处养护试件20天，完成具有随机节理裂隙试件的制备过程。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体的实施方式的一种，并不限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，其特征在于，包括实验台框架、冷冻箱、冷冻箱盖、低温储存盒、冷冻盘、多功能电子秤、托盘、搅拌机、主放料口、副放料管道、副放料口、出料控制装置、控制面板、试件模具、振动台、出料口、牵引拉环、刮刀；所述的冷冻箱置于实验台左侧，其内部上端置有所述的低温储存盒，其内部下方置有所述的冷冻盘；所述的多功能电子秤镶嵌于实验台桌面，所述的托盘置于所述的多功能电子秤上方；所述的搅拌机置于所述的主放料口下方；所述的副放料管道上端口与所述的副放料口连接，其上部置于所述的实验台框架内部，其下部与所述的出料口相连；所述的出料控制装置置于所述的搅拌机下端口，两端固定于所述的实验台框架上；所述的控制面板位于实验台桌面右下角；所述的试件模具置于所述的振动台上方及所述的出料口正下方；所述的牵引拉环与所述的试件模具侧面连接；所述的刮刀两端固定于所述的实验台框架上，置于实验台前侧，其下端与所述的试件模具上部处于同一水平高度。
2.根据权利要求1所述的一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，其特征在于，所述的冷冻箱盖是由硬质聚氨酯泡沫塑料板外裹PVC板或冲压折弯的金属板材所制成推拉式箱盖，其上端的低温储存盒可以储存用于模拟裂隙所需的材料，拆卸方便，且箱盖上带有锁，便于安全管理。
3.根据权利要求1所述的一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，其特征在于，所述的多功能电子秤具有数据导入、数据记忆及汉显功能，将需要称重的材料名称及所需重量预先通过USB接口、蓝牙或者NFC标签导入电子秤，实验时可以按照屏幕提示进行逐一称量，操作便捷，减少实验者称量错误。
4.根据权利要求1所述的一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，其特征在于，所述的出料控制装置由步进电机控制，通过所述的操作面板上的按钮，实现所述的出料口的打开和关闭功能，且增强了所述的搅拌机的稳定性。
5.根据权利要求1所述的一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，其特征在于，所述的试件模具由金属板或环氧树脂板制成，由快拆杆紧锁，以实现快速拆装。
6.根据权利要求1所述的一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，其特征在于，所述的牵引拉环由环氧树脂制成，可牵引所述的试件模具在所述的振动台上的卡槽内移动，操作方便。
7.根据权利要求1所述的一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，其特征在于，所述的副进料管道其下端管道角度较大，保证裂隙模拟材料的顺利下滑，且可以随着混合浆液从所述的出料口放出，实现自动化制备随机节理裂隙试件。
8.根据权利要求1所述的一种制备具有随机节理裂隙试件的实验台，其特征在于，所述的振动台具有时间预设、振幅调节功能。
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