CN107655739B - 一种用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具，包括第一主动板、第一被动板、第二主动板和第二被动板，前述四者的两侧顺次连接构成一个用于安置柱状岩体模具的中空长方体结构，其内部形成内腔，中空长方体结构的第一主动板和第二主动板可自由移动；本发明对柱状岩体进行制备、组合、打磨等过程，避免了进行大块试样切割时对节理造成的破坏，同时，套具对试样块的紧固作用，克服了节理在打磨过程中开裂的问题。

Description

一种用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具
技术领域
本发明涉及一种用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具，属于岩石试验试样制备。
背景技术
为了研究柱状节理等复杂岩体，岩石力学工程中通常使用混凝土，树脂等相似材料进行室内试验。但在制备含大量节理且试验要求节理带有倾角的岩体试样时较为困难，与圆柱形试样不同长方体试样不可以直接钻取，需要经过制备柱状岩体、组合柱状体、切割成块、打磨等过程，其困难在于切割及打磨时节理部位极易开裂，试样不易成型。
为了克服这一困难，现有一种利用3D打印技术进行柱状节理岩体相似材料试样的制备方法。例如，公告号为CN104515696A的中国发明专利，公开了“应用3D打印技术的柱状节理岩体相似材料试样的制备方法”，其通过3D打印技术直接制备包含柱体和节理的试样，但其缺点在于使用两种不同材料的3D打印技术并不成熟，打印使用的粉粒粒径不能达到试验要求且制备费用极高。
发明内容
本发明提供一种用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具，对柱状岩体进行制备、组合、打磨等过程，避免了进行大块试样切割时对节理造成的破坏，同时，套具对试样块的紧固作用，克服了节理在打磨过程中开裂的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具，包括第一主动板、第一被动板、第二主动板和第二被动板，前述四者的两侧顺次连接构成一个用于安置柱状岩体模具的中空长方体结构，其内部形成内腔，中空长方体结构的第一主动板和第二主动板可自由移动；
前述的第一主动板和第二主动板的两侧均向外部延伸，且在延伸部件上设有凸出部分；
前述的第一被动板和第二被动板的两侧设有凹进部分，第一主动板、第一被动板、第二主动板和第二被动板在顺次连接时通过凸出部分与凹进部分匹配连接进行固定；
还包括第一顶块和第二顶块，分别用于充填在长方体结构的顶部和底部；
还包括用于填充被动板凹进部分的防磨卡条，其表面由上至下设有卡条凸起部分，防磨卡条的顶端与底端分别固定有接触面积大于凹进部分的块体；
还包括用于替换第一顶块或第二顶块的防磨卡套，其为中空方形结构，用于套设在中空长方体的顶端和底端；
还包括用于填补打磨空缺的顶部垫块、主动侧垫板和被动侧垫板，顶部垫块紧贴安装在第一顶块或第二顶块的内侧，主动侧垫板紧贴安装在第一主动板或第二主动板的内侧，被动侧垫板紧贴安装在第一被动板或第二被动板的内侧；
作为本发明的进一步优选，第一顶块、第二顶块分别与第一主动板、第二主动板接触的一侧均开设有两个顶块主动板外连接孔和两个顶块主动板内连接孔，其中，第一顶块上两个顶块主动板外连接孔同一水平线并列开设靠近第一顶块顶部位置，两个顶块主动板内连接孔同一水平线并列开设靠近第一顶块底部位置；第二顶块上两个顶块主动板外连接孔同一水平线并列开设靠近第二顶块底部位置，两个顶块主动板内连接孔同一水平线并列开设靠近第二顶块顶部位置；
第一顶块、第二顶块分别与第一被动板、第二被动板接触的一侧均开设有顶块被动板外连接孔与顶块被动板内连接孔，其中，第一顶块上由上至下依次开设顶块被动板外连接孔与顶块被动板内连接孔，第二顶块上由上至下依次开设顶块被动板内连接孔与顶块被动板外连接孔；
在第一主动板、第二主动板上沿着板面四周开设四个主动板连接孔，第一被动板、第二被动板上中间位置由上至下开设两个被动板连接孔；
作为本发明的进一步优选，第一主动板和第二主动板的长度为800mm，高度为1500mm，厚度为100mm，其两侧均向外部延伸30mm；第一主动板、第二主动板上靠近顶端的两个主动板连接孔与顶端的距离为10mm，其两个主动板连接孔的孔心距离为480mm；第一主动板、第二主动板上靠近底端的两个主动板连接孔与底端的距离为10mm，其两个主动板连接孔的孔心距离为480mm；
作为本发明的进一步优选，第一被动板和第二被动板的长度为540mm，高度为1500mm，厚度为100mm；第一被动板、第二被动板上靠近顶端的被动板连接孔距离顶端的距离为10mm，第一被动板、第二被动板上靠近底端的被动板连接孔距离底端的距离为10mm；
作为本发明的进一步优选，第一顶块和第二顶块的长度为600mm，宽度为600mm，高度为500mm；顶块主动板外连接孔距离第一顶块顶部或第二顶块底部10mm，顶块主动板内连接孔距离第一顶块底部或第二顶块顶部10mm；
作为本发明的进一步优选，主动侧垫板长度为600mm，高度为1000mm，厚度为50mm；被动侧垫板长度为400mm或500mm，高度为1000mm，厚度为50mm；顶部垫板长度为600mm，宽度为600mm，厚度为50mm。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明避免了大块试样在切割时节理的破坏，套具对试样的紧固作用克服了在打磨过程中节理开裂的问题，同时，本发明也可用于其他含大量节理的长方体易裂岩体试样的制备及打磨过程，使试样完整性和成品率都大幅度提升，并且具有制备工艺简单，节省资金等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的整体装置结构示意图；
图2为本发明主要零部件示意图，其中a为第一被动板，b为第一主动板，c为防磨卡条，d为第一顶块，e为防磨卡块；
图3为使用3D打印技术制作的倾斜角为0°的柱状节理模具；
图4为本发明的实施例1的制备柱状岩体的过程结构示意图；
图5为本发明的实施例2的柱状岩体拼装的过程结构示意图；
图6为本发明的实施例3的打磨试样过程中端面示意图，其中f为装置整体示意图，g为结构内部示意图；
图7为本发明的实施例3的安装顶部垫板示意图；
图8为本发明的实施例4的打磨试样装置整体示意图；
图9为本发明的实施例4的打磨试样内部垫板安装示意图；
图10为本发明的实施例5的打磨试样装置整体示意图；
图11为本发明的实施例5的打磨试样的内部垫板安装示意图。
图中：1为第一主动板，2为第一被动板，3为第二主动板，4为第二被动板，5为第一顶块，6为第二顶块，7为主动板连接孔，8为被动板连接孔，9为顶块主动板内连接孔，10为顶块主动板外连接孔，11为顶块被动板内连接孔，12为顶块被动板外连接孔，13为防磨卡条，14为防磨卡块，15为内腔，16为柱状岩体模具，17为试样块，18为顶部垫块，19为主动侧垫板，20为被动侧垫板。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图11所示，本发明包括以下技术特征：第一主动板1，第一被动板2，第二主动板3，第二被动板4，第一顶块5，第二顶块6，主动板连接孔7，被动板连接孔8，顶块主动板内连接孔9，顶块主动板外连接孔10，顶块被动板内连接孔11，顶块被动板外连接孔12，防磨卡条13，防磨卡块14，内腔15，柱状岩体模具16，试样块17，顶部垫块18，主动侧垫板19，被动侧垫板20。
本发明的一种用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具，包括第一主动板、第一被动板、第二主动板和第二被动板，前述四者的两侧顺次连接构成一个用于安置柱状岩体模具的中空长方体结构，其内部形成内腔，中空长方体结构的第一主动板和第二主动板可自由移动；
前述的第一主动板和第二主动板的两侧均向外部延伸，且在延伸部件上设有凸出部分；
前述的第一被动板和第二被动板的两侧设有凹进部分，第一主动板、第一被动板、第二主动板和第二被动板在顺次连接时通过凸出部分与凹进部分匹配连接进行固定；
还包括第一顶块和第二顶块，分别用于充填在长方体结构的顶部和底部；
还包括用于填充被动板凹进部分的防磨卡条，其表面由上至下设有卡条凸起部分，防磨卡条的顶端与底端分别固定有接触面积大于凹进部分的块体；
还包括用于替换第一顶块或第二顶块的防磨卡套，其为中空方形结构，用于套设在中空长方体的顶端和底端；
还包括用于填补打磨空缺的顶部垫块、主动侧垫板和被动侧垫板，顶部垫块紧贴安装在第一顶块或第二顶块的内侧，主动侧垫板紧贴安装在第一主动板或第二主动板的内侧，被动侧垫板紧贴安装在第一被动板或第二被动板的内侧；
作为本发明的进一步优选，第一顶块、第二顶块分别与第一主动板、第二主动板接触的一侧均开设有两个顶块主动板外连接孔和两个顶块主动板内连接孔，其中，第一顶块上两个顶块主动板外连接孔同一水平线并列开设靠近第一顶块顶部位置，两个顶块主动板内连接孔同一水平线并列开设靠近第一顶块底部位置；第二顶块上两个顶块主动板外连接孔同一水平线并列开设靠近第二顶块底部位置，两个顶块主动板内连接孔同一水平线并列开设靠近第二顶块顶部位置；
第一顶块、第二顶块分别与第一被动板、第二被动板接触的一侧均开设有顶块被动板外连接孔与顶块被动板内连接孔，其中，第一顶块上由上至下依次开设顶块被动板外连接孔与顶块被动板内连接孔，第二顶块上由上至下依次开设顶块被动板内连接孔与顶块被动板外连接孔；
在第一主动板、第二主动板上沿着板面四周开设四个主动板连接孔，第一被动板、第二被动板上中间位置由上至下开设两个被动板连接孔；
作为本发明的进一步优选，第一主动板和第二主动板的长度为800mm，高度为1500mm，厚度为100mm，其两侧均向外部延伸30mm；第一主动板、第二主动板上靠近顶端的两个主动板连接孔与顶端的距离为10mm，其两个主动板连接孔的孔心距离为480mm；第一主动板、第二主动板上靠近底端的两个主动板连接孔与底端的距离为10mm，其两个主动板连接孔的孔心距离为480mm；
作为本发明的进一步优选，第一被动板和第二被动板的长度为540mm，高度为1500mm，厚度为100mm；第一被动板、第二被动板上靠近顶端的被动板连接孔距离顶端的距离为10mm，第一被动板、第二被动板上靠近底端的被动板连接孔距离底端的距离为10mm；
作为本发明的进一步优选，第一顶块和第二顶块的长度为600mm，宽度为600mm，高度为500mm；顶块主动板外连接孔距离第一顶块顶部或第二顶块底部10mm，顶块主动板内连接孔距离第一顶块底部或第二顶块顶部10mm；
作为本发明的进一步优选，主动侧垫板长度为600mm，高度为1000mm，厚度为50mm；被动侧垫板长度为400mm或500mm，高度为1000mm，厚度为50mm；顶部垫板长度为600mm，宽度为600mm，厚度为50mm。
具体的实施例如下：
实施例1：
图3所示，为使用3D打印技术采用铁粉材料制作的0°柱状岩体模具，采用铁粉通过3D打印技术控制节理厚度为1mm，所使用的模型中节理的倾角为0°，在本实施例中就使用0°柱状岩体模具6来制作柱状试样。
图4所示，将靠近第一主动板顶端、第二主动板顶端的主动板连接孔与第一顶块主动板内连接孔相连，靠近第一被动板顶端、第二被动板顶端的被动板连接孔与第一顶块被动板内连接孔相连，将套具内第一主动板或第二主动板去除，将防磨卡条放入第一被动板或第二被动板的凹进部分并将0°柱状岩体模具放入内腔中，放平后使用配置好的柱状节理岩体相似材料注入0°柱状岩体模具相应的空腔中，静置等待相似材料凝固后脱模，在凝固过程中依旧用防磨卡条代替第一主动板或第二主动板的位置，保证相似材料与空气的接触；若使用模具为其他角度，可能会造成部分空腔不能注入，此时可以将去除的第一主动板或第二主动板恢复到原来位置，将第一顶块或第二顶块去除，从而注射剩余空腔，静置时保证相似材料与空气最大接触即可。
实施例2：
图5所示，依旧用防磨卡条代替第一主动板或第二主动板的位置，各连接孔如实施例1中连接，将上述实施例1中凝固后的柱状岩体进行脱模后在内腔中采用所准备的粘接材料进行组合，静置等待粘结处完全凝固，得到试样块，此时试样块尺寸为600×600×1100mm3。
实施例3：
图6所示，将第一主动板、第一被动板、第二主动板和第二被动板顺次连接，用防磨卡块代替第一顶块或第二顶块，将剩余的第二顶块或第一顶块向套具内部推进300mm，使主动板连接孔与顶块主动板外连接孔相连，被动板连接孔与顶块被动板外连接孔相连，随后使用打磨机器对试样块超出套具顶端的50mm进行打磨；一端打磨完成后，在试样块打磨后的端面上加一顶部垫块，将另一侧的顶块拔出后使用防磨卡块代替的位置处将试样块推入套具内部，使主动板连接孔与顶块主动板外连接孔相连，被动板连接孔与顶块被动板外连接孔相连，无顶块的一端安上防磨卡块，随后使用打磨机器对试样块超出套具顶端的50mm进行打磨；图7所示，两端全部打磨完成后，在两个打磨端面上装顶部垫块，并将第一顶块或第二顶块恢复到原来位置，即主动板连接孔与顶块主动板内连接孔相连，被动板连接孔与顶块被动板内连接孔相连；本实施例完成后，试样块的尺寸为600×600×1000mm3。
实施例4：
图8所示，在上述实施例3中将顶部垫块安装完成后，将套具任一侧的第一主动板或第二主动板去除，将防磨卡条放入第一被动板或第二被动板的凹进部分,在紧靠未去除的第二主动板或第一主动板的一侧设置一主动侧垫板，将上述实施例3中完成的试样块放入内腔，使用打磨机器对试样块超出套具侧面的50mm进行打磨，打磨完成后在主动侧垫板上再加一主动侧垫板，并将试样块打磨好的一侧置于紧靠主动侧垫板的一面，使用打磨机器对试样块超出套具侧面的50mm进行打磨；本实施例完成后，试样块51的尺寸为500×600×1000mm3。
实施例5：
图9所示，在上述实施例4中将顶部垫块及一块主动侧垫板安装完成后，在紧靠其两侧第一被动板和第二被动板的位置各设置一长为500mm的被动侧垫板，将上述实施例4中完成的试样块放入内腔，使用打磨机器对试样块超出套具侧面的50mm进行打磨，打磨完成后加设一主动侧垫板，并将长为500mm的被动侧垫板改设为400mm的被动侧垫板，并将试样块打磨好的一侧置于紧靠主动侧垫板的一面，使用打磨机器对试样块超出套具侧面的50mm进行打磨；本实施例完成后，试样块的尺寸为500×500×1000mm3，也是最终试验所要求的试样尺寸。
在上述所有实施例中，套具对试样块都起着紧固的作用，保证试样块除去打磨的一面都受到一定的支撑力，减少试样块内部节理在打磨过程中所受破坏。
在上述实施例1中所使用的3D打印柱状节理模具的倾角为0°，在实际应用中，可以制成任意角度的节理模具，并可以改变节理厚度。
在上述实施例1、实施例2中，防磨卡条都起着保证第一被动板或第二被动板与第一顶块或第二顶块侧面持平的效果，在制备柱状体和组装时都起着基准面和组织相似材料泄露的作用。
在上述实施例3中，防磨卡块起着禁锢套具上部的作用，同时作为机器打磨的基准面，并防止在无防磨卡块的情况下，打磨机器对塑料或树脂套具造成破坏。
在上述实施例3中，第一顶块或第二顶块通过来回移动，改变主动板连接孔、被动板连接孔与第一顶块或第二顶块上内外连接孔的相应连接的位置，从而改变试样块在内腔中的位置。
在上述实施例4、实施例5中防磨卡条起着机器打磨的基准面的作用，并防止在无防磨卡条的情况下，打磨机器对塑料或树脂套具造成破坏。
在上述实施例3、实施例4、实施例5中使用的顶部垫板、主动侧垫板、被动侧垫板都起着代替已被磨去的试样厚度的作用。
上述情况需要注意的是，使用的3D打印技术只是用于制作柱状节理岩体中的节理部分的柱体制样模具。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具，其特征在于：包括第一主动板、第一被动板、第二主动板和第二被动板，前述四者的两侧顺次连接构成一个用于安置柱状岩体模具的中空长方体结构，其内部形成内腔，中空长方体结构的第一主动板和第二主动板可自由移动；
前述的第一主动板和第二主动板的两侧均向外部延伸，且在延伸部件上设有凸出部分；
前述的第一被动板和第二被动板的两侧设有凹进部分，第一主动板、第一被动板、第二主动板和第二被动板在顺次连接时通过凸出部分与凹进部分匹配连接进行固定；
还包括第一顶块和第二顶块，分别用于充填在长方体结构的顶部和底部；
还包括用于填充被动板凹进部分的防磨卡条，其表面由上至下设有卡条凸起部分，防磨卡条的顶端与底端分别固定有接触面积大于凹进部分的块体；
还包括用于替换第一顶块或第二顶块的防磨卡套，其为中空方形结构，用于套设在中空长方体的顶端和底端；
还包括用于填补打磨空缺的顶部垫块、主动侧垫板和被动侧垫板，顶部垫块紧贴安装在第一顶块或第二顶块的内侧，主动侧垫板紧贴安装在第一主动板或第二主动板的内侧，被动侧垫板紧贴安装在第一被动板或第二被动板的内侧；
第一顶块、第二顶块分别与第一主动板、第二主动板接触的一侧均开设有两个顶块主动板外连接孔和两个顶块主动板内连接孔，其中，第一顶块上两个顶块主动板外连接孔同一水平线并列开设靠近第一顶块顶部位置，两个顶块主动板内连接孔同一水平线并列开设靠近第一顶块底部位置；第二顶块上两个顶块主动板外连接孔同一水平线并列开设靠近第二顶块底部位置，两个顶块主动板内连接孔同一水平线并列开设靠近第二顶块顶部位置；
第一顶块、第二顶块分别与第一被动板、第二被动板接触的一侧均开设有顶块被动板外连接孔与顶块被动板内连接孔，其中，第一顶块上由上至下依次开设顶块被动板外连接孔与顶块被动板内连接孔，第二顶块上由上至下依次开设顶块被动板内连接孔与顶块被动板外连接孔；
在第一主动板、第二主动板上沿着板面四周开设四个主动板连接孔，第一被动板、第二被动板上中间位置由上至下开设两个被动板连接孔；
主动侧垫板长度为600mm，高度为1000mm，厚度为50mm；被动侧垫板长度为400mm或500mm，高度为1000mm，厚度为50mm；顶部垫板长度为600mm，宽度为600mm，厚度为50mm。
2.根据权利要求1所述的用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具，其特征在于：第一主动板和第二主动板的长度为800mm，高度为1500mm，厚度为100mm，其两侧均向外部延伸
30mm；第一主动板、第二主动板上靠近顶端的两个主动板连接孔与顶端的距离为10mm，其两个主动板连接孔的孔心距离为480mm；第一主动板、第二主动板上靠近底端的两个主动板连接孔与底端的距离为10mm，其两个主动板连接孔的孔心距离为480mm。
3.根据权利要求1所述的用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具，其特征在于：第一被动板和第二被动板的长度为540mm，高度为1500mm，厚度为100mm；第一被动板、第二被动板上靠近顶端的被动板连接孔距离顶端的距离为10mm，第一被动板、第二被动板上靠近底端的被动板连接孔距离底端的距离为10mm。
4.根据权利要求1所述的用于长方体柱状节理岩体试样制备的套具，其特征在于：第一顶块和第二顶块的长度为600mm，宽度为600mm，高度为500mm；顶块主动板外连接孔距离第一顶块顶部或第二顶块底部10mm，顶块主动板内连接孔距离第一顶块底部或第二顶块顶部10mm。
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