CN116296647A - 一种适用于类岩石材料i型和i-ii复合型断裂试验的试样制备装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于类岩石材料I型和I‑II复合型断裂试验的试样制备装置及其使用方法，该装置包括底座以及均安装在底座上的容器约束挡板、两块第一容器侧面挡板、第二容器侧面挡板和裂缝预制垫块。容器约束挡板为半圆形弧形板。两块第一容器侧面挡板布置在容器约束挡板开口处，裂缝预制垫块包括相连接的圆棒和主体板件，圆棒设置在两块第一容器侧面挡板之间，容器约束挡板、两块第一容器侧面挡板、圆棒和底座形成腔室S，主体板件位于腔室S内。第二容器侧面挡板和两块第一容器侧面挡板贴合并可拆卸连接到容器约束挡板的开口端。制备试样时，向腔室S内注入试样流体材料，待材料凝固后拆解装置取下试样。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置及其使用方法。
背景技术
随着岩土施工、矿山开采等各类工程问题日益复杂，人们对岩石破坏前发生的裂纹起裂、扩展过程方面的研究越来越关注。在应用岩石断裂力学解决工程实际问题时，准确测定表征岩石抵抗断裂能力的基本指标—断裂韧度至关重要。在测定岩石类材料抗裂性能方面，多采用国际岩石力学学会(ISRM)推荐了一种NSCB(notched semi-circular bend，直槽半圆弯曲)试样。在此基础上，研究人员发现通过调整预制裂纹倾角，可实现材料的I型和I-II复合型断裂。目前，该试验方法已成功应用于沥青混合料、矿物混合料、大理石、混凝土、石灰岩等材料的复合断裂性能测试。
对类岩石材料开展室内断裂特性及理论分析是国内外学者常采用的研究手段，相比岩体钻芯取样而言，类岩石材料(如石膏、砂浆和混凝土等)获取更方便、价格低廉，预制的试样具有尺寸一致、均质性好等优点。在对类岩石材料在进行裂纹预制时，通常借助切割机进行切缝，这种方式对仪器操作要求较高，难以保证平行试样的预制裂纹尺寸完全一致。此外，不可避免的对试样内部结构产生一定程度的扰动作用，且效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置及其使用方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，包括底座以及均安装在底座上的容器约束挡板、两块第一容器侧面挡板、第二容器侧面挡板和裂缝预制垫块。
所述底座水平设置，容器约束挡板为安装在底座上的半圆形弧形板。
所述第一容器侧面挡板和第二容器侧面挡板均为竖直设置的板状结构，两块第一容器侧面挡板位于同一竖直面上且间隔布置在容器约束挡板的开口处，第一容器侧面挡板与容器约束挡板的开口方向垂直。
所述裂缝预制垫块包括圆棒和主体板件，圆棒竖直设置，主体板件为竖直的板状结构并连接到圆棒上。
所述圆棒设置在两块第一容器侧面挡板之间且与两块第一容器侧面挡板抵紧，容器约束挡板、两块第一容器侧面挡板、圆棒和底座形成上端敞口且下端封闭的腔室S，主体板件位于腔室S内。
所述第二容器侧面挡板贴合在两块第一容器侧面挡板背离腔室S的一侧，第二容器侧面挡板和一块第一容器侧面挡板可拆卸连接到容器约束挡板的开口一端，第二容器侧面挡板和另一块第一容器侧面挡板可拆卸连接到容器约束挡板的开口另一端。
制备试样时，向所述腔室S内注入试样流体材料，待材料凝固后拆解装置取下试样。
进一步，所述容器约束挡板靠近其开口两端的外壁上均固定有连接板，连接板为竖直的矩形板，连接板的板面与容器约束挡板开口两端的端面齐平，两块第一容器侧面挡板分别与两块连接板贴合，若干螺丝穿过一块连接板、一块第一容器侧面挡板和第二容器侧面挡板将三者可拆卸连接，若干螺丝穿过另一块连接板、另一块第一容器侧面挡板和第二容器侧面挡板将三者可拆卸连接。
进一步，所述第一容器侧面挡板和第二容器侧面挡板均为矩形板。
进一步，所述底座上开设有供容器约束挡板、两块第一容器侧面挡板、第二容器侧面挡板和裂缝预制垫块连接体下边缘嵌入的凹槽，容器约束挡板、第一容器侧面挡板和第二容器侧面挡板的下边缘以及圆棒的下端均嵌入凹槽。
进一步，所述主体板件为三角形板、圆形板或矩形板。
进一步，所述圆棒的直径与第一容器侧面挡板厚度一致。
进一步，所述容器约束挡板、第一容器侧面挡板、第二容器侧面挡板、裂缝预制垫块和底座采用同种材料制成，该材料为钢材、钢化玻璃或PVC材料。
上述的适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置的使用方法，包括以下步骤：
1)组装好试样制备装置。
2)旋转所述圆棒将主体板件调至预定角度。
3)配制试样流体材料，将其均匀导入腔室S并振捣。
4)进行养护。
5)待材料凝固后，拆解装置，取出试样。
进一步，步骤3)之前还具有对容器约束挡板、第一容器侧面挡板、圆棒和底座形成腔室S的区域以及主体板件均匀涂抹凡士林或润滑油的步骤。
本发明的有益效果在于：
1、通过旋转裂缝预制垫块角度可实现含不同裂缝倾角的半圆弯曲试样的预制，消除传统的裂缝切割对试样的扰动作用。此外，标准化的垫块厚度使得试样的裂纹长度及宽度完全一致，显著降低试验误差；
2、底座设置的凹槽以及双层容器侧面挡板的设计思路可防止制样材料在凝固过程中发生漏浆现象；
3、易于标准化，可根据需求对不同尺寸模具的进行批量生产，缩短室内试验制样周期。
附图说明
图1为含斜裂纹的半圆弯曲试样示意图；
图2为试样制备装置整体示意图；
图3为约束挡板示意图；
图4为第一容器侧面挡板示意图；
图5为第二容器侧面挡板示意图；
图6为裂缝预制垫块示意图；
图7为底座示意图。
图中：容器约束挡板1、连接板12、第一容器侧面挡板2、第二容器侧面挡板3、裂缝预制垫块4、圆棒41、主体板件42、底座5、凹槽52和螺丝6。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图2，本实施例公开了一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，包括底座5以及均安装在底座5上的容器约束挡板1、两块第一容器侧面挡板2、第二容器侧面挡板3和裂缝预制垫块4。
所述底座5水平设置，参见图3，容器约束挡板1为安装在底座5上的半圆形弧形板。
所述第一容器侧面挡板2和第二容器侧面挡板3均为竖直设置的板状结构，两块第一容器侧面挡板2位于同一竖直面上且间隔布置在容器约束挡板1的开口处，第一容器侧面挡板2与容器约束挡板1的开口方向垂直。
所述裂缝预制垫块4包括圆棒41和主体板件42，圆棒41竖直设置，主体板件42为竖直的板状结构并连接到圆棒41上。所述圆棒41的直径与第一容器侧面挡板2厚度一致。
参见图4、5和6，所述第一容器侧面挡板2和第二容器侧面挡板3均为矩形板，主体板件42为三角形板、圆形板或矩形板，本实施例主体板件42选用矩形板。
所述圆棒41设置在两块第一容器侧面挡板2之间且与两块第一容器侧面挡板2抵紧，容器约束挡板1、两块第一容器侧面挡板2、圆棒41和底座5形成上端敞口且下端封闭的腔室S，主体板件42位于腔室S内。
所述第二容器侧面挡板3贴合在两块第一容器侧面挡板2背离腔室S的一侧，第二容器侧面挡板3和一块第一容器侧面挡板2可拆卸连接到容器约束挡板1的开口一端，第二容器侧面挡板3和另一块第一容器侧面挡板2可拆卸连接到容器约束挡板1的开口另一端。
所述容器约束挡板1靠近其开口两端的外壁上均固定有连接板12，连接板12为竖直的矩形板，连接板12的板面与容器约束挡板1开口两端的端面齐平，两块第一容器侧面挡板2分别与两块连接板12贴合，若干螺丝6穿过一块连接板12、一块第一容器侧面挡板2和第二容器侧面挡板3将三者可拆卸连接，若干螺丝6穿过另一块连接板12、另一块第一容器侧面挡板2和第二容器侧面挡板3将三者可拆卸连接。
参见图7，所述底座5上开设有供容器约束挡板1、两块第一容器侧面挡板2、第二容器侧面挡板3和裂缝预制垫块4连接体下边缘嵌入的凹槽52，容器约束挡板1、第一容器侧面挡板2和第二容器侧面挡板3的下边缘以及圆棒41的下端均嵌入凹槽52，防止制样材料在凝固过程中发生漏浆现象。
所述容器约束挡板1、第一容器侧面挡板2、第二容器侧面挡板3、裂缝预制垫块4和底座5采用同种材料制成，该材料为钢材、钢化玻璃或PVC材料。
制备试样时，向所述腔室S内注入试样流体材料，待材料凝固后拆解装置取下试样。参见图1，为制备完成的试样示意图。
值得说明的是，本实施例所述装置通过旋转裂缝预制垫块角度可实现含不同裂缝倾角的半圆弯曲试样的预制，消除传统的裂缝切割对试样的扰动作用。此外，标准化的垫块厚度使得试样的裂纹长度及宽度完全一致，显著降低试验误差。底座设置的凹槽以及双层容器侧面挡板的设计思路可防止制样材料在凝固过程中发生漏浆现象。易于标准化，可根据需求对不同尺寸模具的进行批量生产，缩短室内试验制样周期。
实施例2：
参见图2，本实施例公开了实施例1所述的适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置的使用方法，包括以下步骤：
1)组装好试样制备装置。其中，选定制样材料、试样尺寸、裂缝长度和宽度等，选择对应尺寸的制样装置和裂缝预制垫块。
2)旋转所述圆棒41将主体板件42调至预定角度。
3)对容器约束挡板1、第一容器侧面挡板2、圆棒41和底座5形成腔室S的区域以及主体板件42均匀涂抹凡士林或润滑油，以便于脱模。
4)配制试样流体材料，将其均匀导入腔室S并采用人工或机械等方式振捣。流体材料可选用混凝土。
5)进行养护。
6)待材料凝固后，拆解装置，取出试样。
实施例3：
参见图2，本实施例公开了一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，包括底座5以及均安装在底座5上的容器约束挡板1、两块第一容器侧面挡板2、第二容器侧面挡板3和裂缝预制垫块4。
所述底座5水平设置，参见图3，容器约束挡板1为安装在底座5上的半圆形弧形板。
所述第一容器侧面挡板2和第二容器侧面挡板3均为竖直设置的板状结构，两块第一容器侧面挡板2位于同一竖直面上且间隔布置在容器约束挡板1的开口处，第一容器侧面挡板2与容器约束挡板1的开口方向垂直。
所述裂缝预制垫块4包括圆棒41和主体板件42，圆棒41竖直设置，主体板件42为竖直的板状结构并连接到圆棒41上。
所述圆棒41设置在两块第一容器侧面挡板2之间且与两块第一容器侧面挡板2抵紧，容器约束挡板1、两块第一容器侧面挡板2、圆棒41和底座5形成上端敞口且下端封闭的腔室S，主体板件42位于腔室S内。
所述第二容器侧面挡板3贴合在两块第一容器侧面挡板2背离腔室S的一侧，第二容器侧面挡板3和一块第一容器侧面挡板2可拆卸连接到容器约束挡板1的开口一端，第二容器侧面挡板3和另一块第一容器侧面挡板2可拆卸连接到容器约束挡板1的开口另一端。
制备试样时，向所述腔室S内注入试样流体材料，待材料凝固后拆解装置取下试样。参见图1，为制备完成的试样示意图。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述容器约束挡板1靠近其开口两端的外壁上均固定有连接板12，连接板12为竖直的矩形板，连接板12的板面与容器约束挡板1开口两端的端面齐平，两块第一容器侧面挡板2分别与两块连接板12贴合，若干螺丝6穿过一块连接板12、一块第一容器侧面挡板2和第二容器侧面挡板3将三者可拆卸连接，若干螺丝6穿过另一块连接板12、另一块第一容器侧面挡板2和第二容器侧面挡板3将三者可拆卸连接。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，参见图4、5和6，所述第一容器侧面挡板2、第二容器侧面挡板3和主体板件42均为矩形板。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例5，进一步，参见图7，所述底座5上开设有供容器约束挡板1、两块第一容器侧面挡板2、第二容器侧面挡板3和裂缝预制垫块4连接体下边缘嵌入的凹槽52，容器约束挡板1、第一容器侧面挡板2和第二容器侧面挡板3的下边缘以及圆棒41的下端均嵌入凹槽52。
实施例7：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述主体板件42为三角形板、圆形板或矩形板。
实施例8：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述圆棒41的直径与第一容器侧面挡板2厚度一致。
实施例9：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述容器约束挡板1、第一容器侧面挡板2、第二容器侧面挡板3、裂缝预制垫块4和底座5采用同种材料制成，该材料为钢材、钢化玻璃或PVC材料。
Claims (9)
1.一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，其特征在于：包括所述底座(5)以及均安装在底座(5)上的容器约束挡板(1)、两块第一容器侧面挡板(2)、第二容器侧面挡板(3)和裂缝预制垫块(4)。
所述底座(5)水平设置，容器约束挡板(1)为安装在底座(5)上的半圆形弧形板；
所述第一容器侧面挡板(2)和第二容器侧面挡板(3)均为竖直设置的板状结构，两块第一容器侧面挡板(2)位于同一竖直面上且间隔布置在容器约束挡板(1)的开口处，第一容器侧面挡板(2)与容器约束挡板(1)的开口方向垂直；
所述裂缝预制垫块(4)包括圆棒(41)和主体板件(42)，圆棒(41)竖直设置，主体板件(42)为竖直的板状结构并连接到圆棒(41)上；
所述圆棒(41)设置在两块第一容器侧面挡板(2)之间且与两块第一容器侧面挡板(2)抵紧，容器约束挡板(1)、两块第一容器侧面挡板(2)、圆棒(41)和底座(5)形成上端敞口且下端封闭的腔室S，主体板件(42)位于腔室S内；
所述第二容器侧面挡板(3)贴合在两块第一容器侧面挡板(2)背离腔室S的一侧，第二容器侧面挡板(3)和一块第一容器侧面挡板(2)可拆卸连接到容器约束挡板(1)的开口一端，第二容器侧面挡板(3)和另一块第一容器侧面挡板(2)可拆卸连接到容器约束挡板(1)的开口另一端；
制备试样时，向所述腔室S内注入试样流体材料，待材料凝固后拆解装置取下试样。
2.根据权利要求1所述的一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，其特征在于：所述容器约束挡板(1)靠近其开口两端的外壁上均固定有连接板(12)，连接板(12)为竖直的矩形板，连接板(12)的板面与容器约束挡板(1)开口两端的端面齐平，两块第一容器侧面挡板(2)分别与两块连接板(12)贴合，若干螺丝(6)穿过一块连接板(12)、一块第一容器侧面挡板(2)和第二容器侧面挡板(3)将三者可拆卸连接，若干螺丝(6)穿过另一块连接板(12)、另一块第一容器侧面挡板(2)和第二容器侧面挡板(3)将三者可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，其特征在于：所述第一容器侧面挡板(2)和第二容器侧面挡板(3)均为矩形板。
4.根据权利要求3所述的一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，其特征在于：所述底座(5)上开设有供容器约束挡板(1)、两块第一容器侧面挡板(2)、第二容器侧面挡板(3)和裂缝预制垫块(4)连接体下边缘嵌入的凹槽(52)，容器约束挡板(1)、第一容器侧面挡板(2)和第二容器侧面挡板(3)的下边缘以及圆棒(41)的下端均嵌入凹槽(52)。
5.根据权利要求1所述的一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，其特征在于：所述主体板件(42)为三角形板、圆形板或矩形板。
6.根据权利要求1所述的一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，其特征在于：所述圆棒(41)的直径与第一容器侧面挡板(2)厚度一致。
7.根据权利要求1所述的一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置，其特征在于：所述容器约束挡板(1)、第一容器侧面挡板(2)、第二容器侧面挡板(3)、裂缝预制垫块(4)和底座(5)采用同种材料制成，该材料为钢材、钢化玻璃或PVC材料。
8.权利要求1至7任意一项所述的适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)组装好试样制备装置；
2)旋转所述圆棒(41)将主体板件(42)调至预定角度；
3)配制试样流体材料，将其均匀导入腔室S并振捣；
4)进行养护；
5)待材料凝固后，拆解装置，取出试样。
9.根据权利要求8所述的一种适用于类岩石材料I型和I-II复合型断裂试验的试样制备装置的使用方法，其特征在于：步骤3)之前还具有对容器约束挡板(1)、第一容器侧面挡板(2)、圆棒(41)和底座(5)形成腔室S的区域以及主体板件(42)均匀涂抹凡士林或润滑油的步骤。
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| CN202211103598.8A CN116296647A (zh) | 2022-09-09 | 2022-09-09 | 一种适用于类岩石材料i型和i-ii复合型断裂试验的试样制备装置及其使用方法 |
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| CN202211103598.8A CN116296647A (zh) | 2022-09-09 | 2022-09-09 | 一种适用于类岩石材料i型和i-ii复合型断裂试验的试样制备装置及其使用方法 |
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2022
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