CN107907660B - 一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，包括材料装填装置、基座固定装置与可变裂隙调节装置，材料装填装置由装填上模具与承载座组成，装填上模具包括固定横板与连接螺栓，装填上模具通过内嵌卡槽固定在承载座上；基座固定装置由底座、下基座与上基座组成，下基座包括下支撑架、导向销、定位螺栓，上基座包括上支撑架、圆形卡轨与固定拉杆；可变裂隙调节装置由转盘调节仪与裂隙定位器组成，转盘调节仪包括转动轴承、十字刻盘、中心轴、卡销与可缩连杆，裂隙定位器包括量测刻丝螺杆、导向螺杆、导向螺母、定位销、微调紧固环及可变裂隙体。该实验装置结构设计合理、裂隙定位精确、消除内置遗留，实现了裂隙岩石精控制作的需要。

Description

一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置
技术领域
本发明涉及一种含裂隙岩石力学性质研究实验装置，特别涉及到岩土、地质及矿山领域内置裂隙岩石模拟实验装置，属于实验仪器设备领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，对能源需求愈加强烈，煤、石油、天然气等石化能源的开发与利用无疑是我国经济发展中的重中之重，在其开采施工过程中，岩体的开挖、支护及防止失稳破坏等问题都是需要技术人员首先处理的问题，而大部分深部硐室围岩富含裂隙，其稳定性较差。因此，认识裂隙岩体力学性质对巷道围岩稳定性控制至关重要。
由于岩石的生成环境极具复杂性，原岩应力受力条件各具特色，其内部裂隙对岩石的整体力学性质具有强烈的影响，现场取材很难达到针对某一裂隙特征的岩石力学特性研究，而基于相似模拟理论，在实验室利用相似材料重塑岩石可以有效再现不同裂隙条件下的破裂岩石力学特性研究，为实际工程应用提供科学依据。但现有国内外研究裂隙实验装置多为相似材料成型后进行外部切割，造成试件外部破坏严重，少数内置三维裂隙装置也采用塑料片或薄铝片，在内置裂隙的同时又形成了相似材料试件骨架及裂隙错位现象，影响裂隙岩石的整体还原效果，且用于固定定位的杆件或辅基材料也遗留在试件内部，难以保证实验过程的精确性与有效性。
基于内置三维裂隙岩石模拟实验不同裂隙条件的还原特性，提出一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，通过材料装填装置、基座固定装置与可变裂隙调节装置的组合，采用完全撤出式的定位装置提高裂隙岩石还原度，准确定位复杂内置裂隙的基本参数，较好地实现了矿山裂隙岩石的模拟预制。
发明内容
本发明针对目前实验室内置三维裂隙岩石模拟预制设备缺乏、实验还原度不高、实验准确性较差的不足，提出一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，该预制装置的内置三维裂隙材料简单、大小可调、角度可变、形状可控，且内置三维裂隙定位固定装置结构简单、易于操作，较好地还原了不同裂隙相似材料的力学性质研究。
为实现上述目的，本发明一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置的技术方案是：一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，包括材料装填装置、基座固定装置与可变裂隙调节装置，其特征在于：所述的材料装填装置由装填上模具与承载座组成，装填上模具包括固定横板与连接螺栓，装填上模具通过内嵌卡槽固定在承载座上；所述的基座固定装置由底座、下基座与上基座组成，下基座包括下支撑架、导向销、定位螺栓，上基座包括上支撑架、圆形卡轨与固定拉杆，底座通过焊接与下基座紧固；所述的可变裂隙调节装置由转盘调节仪与裂隙定位器组成，转盘调节仪包括转动轴承、十字刻盘、中心轴、卡销与可缩连杆，转动轴承外部紧固于上基座的圆形卡轨内，十字刻盘内嵌于转动轴承内，中心轴刻丝下端通过旋转进入中心圆孔内固定；裂隙定位器包括量测刻丝螺杆、导向螺杆、导向螺母、定位销、微调紧固环及可变裂隙体，导向螺母安置于十字定位槽内，量测刻丝螺杆上设置螺杆刻度尺，量测刻丝螺杆拧入导向螺母后下接导向螺杆，定位销位于导向螺母上固定导向螺母位置。
进一步，所述的材料装填装置的固定横板上设置有连接导孔，承载座上设有内嵌卡槽，固定横板通过连接螺栓紧固形成装填上模具。
进一步，所述的基座固定装置的下基座的下部与上部分别设置有定位螺孔与导向孔，定位螺栓穿越定位螺孔紧固材料装填装置，导向销穿过导向孔、导向槽连接上基座与下基座。
进一步，所述的基座固定装置的上基座的上部与下部分别设置紧固螺孔与导向槽，紧固螺栓穿越紧固螺孔锁定圆形卡轨。
进一步，所述的可变裂隙调节装置的十字刻盘上设置有十字定位槽与中心圆孔。
进一步，所述的可变裂隙调节装置的中心轴上套有卡销，卡销另一端与可缩连杆通过销键连接。
进一步，所述的可变裂隙调节装置的中心轴上标有中心轴刻度尺，可通过卡销、可缩连杆卡位进行角度及尺寸测量。
进一步，所述的可变裂隙调节装置的量测刻丝螺杆与导向螺杆通过丝口对接组成定位螺杆。
进一步，所述的可变裂隙调节装置的导向螺杆下端设置丝口通过微调紧固环精确固定裂隙体位置。
本发明的优点和有益效果是：该实验装置设计合理、装填简单、三维裂隙定位精确、无内置遗留，易于实现深部复杂工程环境模拟实验的需要，可以实现不同内部裂隙岩石模拟的力学特性研究。
附图说明
图1是实现本发明一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置结构示意图。
图2是1的正剖视图。
图中：1为中心轴；2为中心轴刻度尺；3为量测刻丝螺杆；4为卡销；5为螺杆刻度尺；6为十字定位槽；7为转动轴承；8为紧固螺栓；9为上支撑架；10为导向槽；11为导向孔；12为导向销；13为裂隙体；14为定位螺栓；15为固定横板；16为定位螺孔；17为可缩连杆；18为销键；19为紧固螺孔；20为十字刻盘；21为导向螺母；22为定位销；23为圆形卡轨；24为固定拉杆；25为导向螺杆；26为下支撑架；27为相似材料；28为微调紧固环；29为连接导孔；30为连接螺栓；31为承载座；32为底座。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供了一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置。
如图1至图2所示，一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置包括材料装填装置、基座固定装置与可变裂隙调节装置。
材料装填装置由装填上模具与承载座31组成，装填上模具包括固定横板15与连接螺栓30，材料装填装置的固定横板15上设置有连接导孔29，承载座31上设有内嵌卡槽，固定横板15通过连接螺栓30紧固形成装填上模具，装填上模具通过内嵌卡槽固定在承载座31上组成岩石与裂隙体13相似材料27装填空间。
基座固定装置对材料装填装置进行固定，为裂隙体13整体布置区域，保证不同尺度材料装填装置的固定与预制裂隙体13安设空间的稳定，基座固定装置由底座32、下基座与上基座组成，下基座包括下支撑架26、导向销12、定位螺栓14，上基座包括上支撑架9、圆形卡轨23与固定拉杆24，底座32通过焊接与下基座紧固。
下基座的下部与上部分别设置有定位螺孔16与导向孔11，定位螺栓14穿越定位螺孔16紧固材料装填装置，基座固定装置的上基座的上部与下部分别设置紧固螺孔19与导向槽10，紧固螺栓8穿越紧固螺孔19固定圆形卡轨23。调整上基座与下基座的距离，利用导向销12插入导向孔11及合适导向槽10。
可变裂隙调节装置为裂隙体13大小、厚度、形状及角度等的精调结构，可变裂隙调节装置由转盘调节仪与裂隙定位器组成，转盘调节仪包括转动轴承7、十字刻盘20、中心轴1、卡销4与可缩连杆17，十字刻盘20上设置有十字定位槽6与中心圆孔，转动轴承7外部固定于上基座的圆形卡轨23内，十字刻盘20内嵌于转动轴承7内，中心轴1刻丝下端通过旋转进入中心圆孔内固定，中心轴1上套有卡销4，卡销4另一端与可缩连杆17通过销键18连接，卡销4嵌入中心轴1顶部后转动可缩连杆17端带动十字刻盘20转动，实现十字刻盘20上定位螺杆偏移角度的精确调控。
裂隙定位器包括量测刻丝螺杆3、导向螺杆25、导向螺母21、定位销22、微调紧固环28及可变裂隙体13，导向螺母21安置于十字定位槽6内，量测刻丝螺杆3上设置螺杆刻度尺5，量测刻丝螺杆3拧入导向螺母21后下接导向螺杆25，量测刻丝螺杆3与导向螺杆25通过丝口对接组成定位螺杆，定位销22位于导向螺母21上固定导向螺母21位置，导向螺杆25下端设置丝口通过微调紧固环28固定可变裂隙体位置，调节不同定位螺杆的垂直位置，实现裂隙体13的垂直方向精确定位。
在材料装填装置内安装石蜡可变裂隙体13与浇铸岩石相似材料27，旋转定位螺杆直到与微调紧固环28脱离抽出，完成内置精控可变裂隙岩石模拟预制。
本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述，而是根据权利要求加以限定。

Claims (9)

1.一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，包括材料装填装置、基座固定装置与可变裂隙调节装置，其特征在于：所述的材料装填装置由装填上模具与承载座组成，装填上模具包括固定横板与连接螺栓，装填上模具通过内嵌卡槽固定在承载座上；所述的基座固定装置由底座、下基座与上基座组成，下基座包括下支撑架、导向销、定位螺栓，上基座包括上支撑架、圆形卡轨与固定拉杆，底座通过焊接与下基座紧固；所述的可变裂隙调节装置由转盘调节仪与裂隙定位器组成，转盘调节仪包括转动轴承、十字刻盘、中心轴、卡销与可缩连杆，转动轴承外部紧固于上基座的圆形卡轨内，十字刻盘内嵌于转动轴承内，中心轴刻丝下端通过旋转进入中心圆孔内固定，中心圆孔位于十字刻盘的十字横梁交叉中心；裂隙定位器包括量测刻丝螺杆、导向螺杆、导向螺母、定位销、微调紧固环及可变裂隙体，导向螺母安置于十字定位槽内，十字定位槽位于十字刻盘的十字横梁上，量测刻丝螺杆上设置螺杆刻度尺，量测刻丝螺杆拧入导向螺母后下接导向螺杆，定位销位于导向螺母上固定导向螺母位置。
2.根据权利要求1所述的一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，其特征在于：所述的材料装填装置的固定横板上设置有连接导孔，承载座上设有内嵌卡槽，固定横板通过连接螺栓紧固形成装填上模具。
3.根据权利要求1所述的一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，其特征在于：所述的基座固定装置的下基座的下部设置有定位螺孔，下基座的上部设置有导向孔，定位螺栓穿越定位螺孔紧固材料装填装置，导向销穿过导向孔、导向槽连接上基座与下基座。
4.根据权利要求1所述的一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，其特征在于：所述的基座固定装置的上基座的上部设置有紧固螺孔，上基座下部设置有导向槽，紧固螺栓穿越紧固螺孔锁定圆形卡轨。
5.根据权利要求1所述的一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，其特征在于：所述的可变裂隙调节装置的十字刻盘上设置有十字定位槽与中心圆孔。
6.根据权利要求1所述的一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，其特征在于：所述的可变裂隙调节装置的中心轴上套有卡销，卡销另一端与可缩连杆通过销键连接。
7.根据权利要求1所述的一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，其特征在于：所述的可变裂隙调节装置的中心轴上标有中心轴刻度尺，可通过卡销、可缩连杆卡位进行角度及尺寸测量。
8.根据权利要求1所述的一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，其特征在于：所述的可变裂隙调节装置的量测刻丝螺杆与导向螺杆通过丝口对接组成定位螺杆。
9.根据权利要求1所述的一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验装置，其特征在于：所述的可变裂隙调节装置的导向螺杆下端设置丝口通过微调紧固环精确固定裂隙体位置。
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