CN112326402A - 一种制作圆柱体层状岩石模型的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作圆柱体层状岩石模型的装置及方法，包括模具、支撑架；支撑架由托板、支撑板、底座；托板正面上设有半圆形定位槽；托板下端与底座连接支撑板与底座相连；板背面沿高度方向上设有多个条形凸起，条形凸起与支撑板卡合；模具包括模具筒、套筒，底盖，隔板；所述模具筒上设置有多个隔板缝；隔板缝插入隔板用来分层；底盖套接在模具筒底部；套筒上设有注浆缝，注浆缝长度方向平行于套筒轴向，且正对多个隔板缝。方法通过设置隔板可以一层一层地注入不同的类岩石材料，可实现不同岩层设置不同成分。
Description
技术领域
本发明属于岩石力学实验技术领域，特别是一种制作圆柱体层状岩石模型的装置及方法。
背景技术
自然界中分布着许多具有软弱夹层的层状岩石，其层理面通常具有不同的倾角。此类岩石力学性质复杂，随层理面倾角的变化而变化，各向异性明显。针对该类岩石开展室内岩石力学试验时，由于软弱夹层和层理面的存在，在加工标准圆柱体试件时极易开裂，加工难度极大，制约了相关研究工作的开展。因此，需要通过室内模型试验的方法，使用相似材料制作该类层状岩石的模型试件，开展相应的力学试验。然而，目前还没有较好的装置来制备不同层理倾角的圆柱体层状岩石模型试件。因此，有必要开发一种装置进行相关的模型试件制作，以推动层状岩石力学性能各向异性的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作圆柱体层状岩石模型的装置及方法，以解决含软弱夹层岩石力学试验试件加工困难，无法开展不同层理倾角条件下岩石力学性能研究的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种制作圆柱体层状岩石模型的装置，包括模具、支撑架；所述模具用来制作圆柱体层状岩石模型试件，支撑架用来支撑模具；
所述支撑架由托板、支撑板、底座组成；托板正面上设有半圆形定位槽；所述托板下端通过转轴与底座连接；所述支撑板通过转轴与底座相连；连接支撑板与托板的转轴轴线、连接托板与底座的转轴轴线相互平行；板背面沿高度方向上设有多个条形凸起，条形凸起与支撑板卡合，使支撑板与水平面形成一定角度的夹角；
所述模具包括模具筒、套筒，底盖，隔板；所述模具筒上设置有多个隔板缝；隔板缝插入隔板用来分层；所述底盖套接在模具筒底部，用于封堵模具筒底部；所述套筒上设有注浆缝，注浆缝长度方向平行于套筒轴向，且正对多个隔板缝，用来二次注浆填充隔板被取出后留下的间隙。
一种制作圆柱体层状岩石模型的方法，包括以下步骤：
步骤1、根据岩层厚度、岩层倾角、岩层成分准备相应的模具筒以及类岩石浆体材料；
步骤2、在模具筒内和分层板面上刷油，便于类岩石材料凝固后的拆除；
步骤3、将模具筒固定，将底盖盖上，将模具筒隔板缝的一面朝外放置在托板上，调节支撑板抵在托板，使得隔板缝保持水平；
步骤4、将准备好的类岩石浆体材料灌注到最底层隔板缝下面的模具筒内，然后插入最下层的隔板，再灌注上层的类岩石浆体材料，再插入倒数第二层的隔板，重复此步骤，直到模具筒灌满结束；
步骤5、等初次灌入的浆体材料凝固后，取出所有隔板，取下底盖，将套筒套上模具筒，同时将套筒注浆缝对准隔板缝，然后将套筒注浆缝的一面朝上，水平放置；
步骤6、通过套筒上注浆缝与模型筒上隔板缝相交留下的口灌注浆体材料，灌注好后静置，凝固；
步骤7、类岩石浆体材料完全凝固后，将套筒取下，打开模具筒，取出岩石模型。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)可制作不同层理倾角、不同层厚、不同岩层成分的圆柱体层状岩石模型试件：可根据实际岩层倾角和岩石成分制作相应的圆柱体模型试件，通过设置模具筒隔板缝的角度控制岩石层理倾角；通过设置不同的隔板缝间距控制不同岩层的厚度；通过设置隔板可以一层一层地注入不同的类岩石材料，可实现不同岩层设置不同成分。
(2)装置拆卸方便，可重复使用：本装置是可拆卸、可清洗、可循环利用的。支撑架是通用的，适合各型号的模具筒；模具筒、套筒、底盖、隔板是根据实际需求制作，亦可重复多次使用制作同一规格的岩石模型试件。
(3)支撑架便于类岩石材料浆液在模型筒中注入与凝固：在模具筒中未插入隔板注浆时，由于有倾斜的隔板缝，所以浆液易从隔板缝中流出，可将圆柱筒置于支撑架上，通过调节支撑板的角度，使隔板缝保持水平，防治浆液流出，同时，支撑架半弧形的承载面贴合模具筒，防止模具筒的滚动，保持其稳定，使填充物稳定凝固。
附图说明
图1为装置总体结构示意图。
图2为模具结构示意图。
图3为支撑架结构示意图。
图4为模具筒结构示意图。
图5为无倾斜角模具及对应的隔板结构爆炸示意图。
图6为有倾斜角模具及对应的隔板结构爆炸示意图。
图7为套筒结构示意图。
图8为底盖结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1-图3、图8，本发明的一种制作圆柱体层状岩石模型的装置，包括模具A、支撑架B；所述模具A用来制作圆柱体层状岩石模型试件，支撑架B用来支撑模具A，方便类岩石材料浆体灌注以及保持模具A稳定。所述支撑架B由托板B-1、支撑板B-2、底座B-3三个部分组成；托板B-1正面上设有半圆形定位槽B-4，半圆形定位槽B-4与模具A的套筒A-3契合，防止模具A放置在托板B-1上面时滚动，所述托板B-1下端通过两个转轴与底座B-3连接；所述支撑板B-2通过转轴与底座B-3相连；连接支撑板B-2与托板B-1的转轴轴线、连接托板B-1与底座B-3的转轴轴线相互平行。托板B-1背面沿高度方向上设有多个条形凸起，条形凸起与支撑板B-2卡合，支撑板B-2顶部可抵在条形凸起下方，使支撑板B-2与水平面形成一定角度的夹角，并保持稳定，该夹角可根据实际需要进行调节。
模具A由四部分组成，如图4-图6所示：包括模具筒a、套筒b，底盖c，隔板d；模具筒a由两个半圆形筒组合成筒状，模具筒a上设置有多个隔板缝a-1，多个隔板缝a-1沿模具筒a轴向间隔布置，隔板缝a-1插入隔板d用来分层。隔板d可用来辅助分层注浆，隔板d取出后需要二次注浆，形成类岩石层理。底盖c套接在模具筒a底部，用于封堵模具筒a底部，可以防止填充物的漏出，也可以对模具筒a起到套箍作用。图5为无倾斜角模具及对应的隔板结构爆炸示意图，即隔板缝a-1缝隙平面垂直于模具筒a轴线。图6为有倾斜角模具及对应的隔板结构爆炸示意图，即隔板缝a-1缝隙平面向下倾斜且与模具筒a轴线呈小于90度的夹角。
结合图7，套筒b设有长条状的注浆缝b-1，注浆缝b-1长度方向平行于套筒b轴向，且正对多个隔板缝a-1，用来二次注浆填充隔板d被取出后留下的间隙，保证隔板d两侧材料凝固后可以充分粘结，同时套筒b也有固定模具筒a的作用。
模具筒a包括左半筒、右半筒；左半筒和右半筒顶部两侧均设有相对的螺栓座e，螺栓座e上连接有双头螺栓f和羊角螺母g，双头螺栓f和羊角螺母g用来将左右两个半筒固定成为完整的圆柱筒。模具筒a由两个半圆形的筒组合而成，方便清洗刷油，也方便模型制作好后的脱模工作。
基于上述的制作圆柱体层状岩石模型的装置，本发明提出了一种制作圆柱体层状岩石模型的方法，包括以下步骤：
步骤1、根据岩层厚度、岩层倾角、岩层成分准备相应的模具筒以及类岩石浆体材料；
步骤2、在模具筒内和分层板面上刷油，便于类岩石材料凝固后的拆除；
步骤3、用羊角螺母和双头螺栓将模具筒固定，将底盖盖上，将模具筒隔板缝的一面朝外放置在托板上，调节支撑板抵在托板，使得隔板缝保持水平(隔板缝槽口平行于地面)；
步骤4、将准备好的类岩石浆体材料灌注到最底层隔板缝下面的模具筒内，然后插入最下层的隔板，再灌注上层的类岩石浆体材料，再插入倒数第二层的隔板，重复此步骤，直到模具筒灌满结束；
步骤5、等初次灌入的浆体材料凝固后，取出所有隔板，取下底盖，将套筒套上模具筒，同时将套筒注浆缝对准隔板缝，然后将套筒注浆缝的一面朝上，水平放置，以便下一步灌注；
步骤6、通过套筒上注浆缝与模型筒上隔板缝相交留下的小口灌注浆体材料，灌注好后静置，凝固；
步骤7、类岩石浆体材料完全凝固后，将套筒取下，松开羊角螺母，打开模具筒，取出岩石模型。
Claims (7)
1.一种制作圆柱体层状岩石模型的装置，其特征在于，包括模具(A)、支撑架(B)；所述模具(A)用来制作圆柱体层状岩石模型试件，支撑架(B)用来支撑模具(A)；
所述支撑架(B)由托板(B-1)、支撑板(B-2)、底座(B-3)组成；托板(B-1)正面上设有半圆形定位槽(B-4)；所述托板(B-1)下端通过转轴与底座(B-3)连接；所述支撑板(B-2)通过转轴与底座(B-3)相连；连接支撑板(B-2)与托板(B-1)的转轴轴线、连接托板(B-1)与底座(B-3)的转轴轴线相互平行；板(B-1)背面沿高度方向上设有多个条形凸起，条形凸起与支撑板(B-2)卡合，使支撑板(B-2)与水平面形成一定角度的夹角；
所述模具(A)包括模具筒(a)、套筒(b)，底盖(c)，隔板(d)；所述模具筒(a)上设置有多个隔板缝(a-1)；隔板缝(a-1)插入隔板(d)用来分层；所述底盖(c)套接在模具筒(a)底部，用于封堵模具筒(a)底部；所述套筒(b)上设有注浆缝(b-1)，注浆缝(b-1)长度方向平行于套筒(b)轴向，且正对多个隔板缝(a-1)，用来二次注浆填充隔板(d)被取出后留下的间隙。
2.根据权利要求1制作圆柱体层状岩石模型的装置，其特征在于，所述的模具筒(a)包括左半筒、右半筒，左半筒和右半筒组合成筒状。
3.根据权利要求2制作圆柱体层状岩石模型的装置，其特征在于，所述左半筒和右半筒顶部两侧均设有相对的螺栓座(e)，螺栓座(e)间设有坚固件将两个半筒连接。
4.根据权利要求3制作圆柱体层状岩石模型的装置，其特征在于，所述紧固件为双头螺栓(f)和羊角螺母(g)。
5.根据权利要求1制作圆柱体层状岩石模型的装置，其特征在于，所述隔板缝(a-1)缝隙平面垂直于模具筒(a)轴线。
6.根据权利要求1制作圆柱体层状岩石模型的装置，其特征在于，所述隔板缝(a-1)缝隙平面向下倾斜且与模具筒(a)轴线呈小于90度的夹角。
7.根据权利要求1-6制作圆柱体层状岩石模型的装置，其用于制作圆柱体层状岩石模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据岩层厚度、岩层倾角、岩层成分准备相应的模具筒以及类岩石浆体材料；
步骤2、在模具筒内和分层板面上刷油，便于类岩石材料凝固后的拆除；
步骤3、将模具筒固定，将底盖盖上，将模具筒隔板缝的一面朝外放置在托板上，调节支撑板抵在托板，使得隔板缝保持水平；
步骤4、将准备好的类岩石浆体材料灌注到最底层隔板缝下面的模具筒内，然后插入最下层的隔板，再灌注上层的类岩石浆体材料，再插入倒数第二层的隔板，重复此步骤，直到模具筒灌满结束；
步骤5、等初次灌入的浆体材料凝固后，取出所有隔板，取下底盖，将套筒套上模具筒，同时将套筒注浆缝对准隔板缝，然后将套筒注浆缝的一面朝上，水平放置；
步骤6、通过套筒上注浆缝与模型筒上隔板缝相交留下的口灌注浆体材料，灌注好后静置，凝固；
步骤7、类岩石浆体材料完全凝固后，将套筒取下，打开模具筒，取出岩石模型。
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| CN202010945005.7A CN112326402A (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | 一种制作圆柱体层状岩石模型的装置及方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112326402A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113281142A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-20 | 东北大学 | 一种深部岩石相似材料真三轴试样制作模具及成型方法 |
| CN113959806A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-21 | 王玉涛 | 一种适合长期保存的岩芯标本制作方法 |
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2020
- 2020-09-10 CN CN202010945005.7A patent/CN112326402A/zh active Pending
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