CN211576718U - 一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，包括制样盒、定位网架；定位网架通过第一连接件固定在制样盒上；定位网架的网线上安装有多个变角度插片夹持器，变角度插片夹持器的底侧固定有插片；定位网架的网线上设有刻度线，变角度插片夹持器包括安装在网线上的第二连接件、与插片连接的第三连接件；第三连接件与第二连接件为可转连接；第二连接件底侧还固定有方位刻度盘。本实用新型的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，实现具有不同张开度、方位、间距和连通率等组构特征的非贯通节理类岩石试样方便快捷的制备，可更深入全面地研究非贯通节理岩体力学特性，从而优化节理岩体工程施工和支护方案，确保节理岩体稳定性。

Description

一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置

技术领域

本实用新型涉及非贯通节理类岩石室内模拟试验领域，特别是涉及一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置。

背景技术

节理岩体是在水利、交通、采矿和石油开采等工程中广泛出露的一类复杂工程介质。在漫长的成岩和地质构造活动的作用下，岩体内部发育有大量的软弱片理、节理、层理、断层、软弱带等多尺度结构面。通常意义上的节理岩体即是指被Ⅳ级结构面切割的岩体，该级结构面延伸性差，具有遍布性、非连续性和随机性等典型的组构特征，它们是构成岩块的边界面，控制着岩体结构的完整性及其空间各向异性力学特性。由于非贯通节理在岩体中普遍发育且数量众多，所以节理网络控制下岩体结构劣化行为所引发的岩体结构性失稳破坏现象十分普遍和突出，这对工程的顺利建设构成了极大的安全隐患和威胁。所以弄清楚非贯通节理岩体的变形破坏特性对优化节理岩体工程的施工支护措施，保证工程的稳定性至关重要。

由于节理的存在和室内试验试样尺寸的限制，难以从现场直接获取含有非贯通节理的原状试样进行室内试验；同时，现场试验费时费力、花费高且不可控因素多。所以借助在类岩石材料中预制节理，制备非贯通节理试样并进行室内力学试验，是目前研究非贯通节理岩体力学特性的重要手段，相应的制样装置也不断产生。

申请号为201310641618.1的中国发明专利《断续裂隙岩体模拟试件的制作模具及方法》公开了一种成组断续裂隙岩体模拟试样的制作模具和方法，该模具通过激光加工技术对制样盒的顶部盖板和底部盖板进行刻槽，以控制金属片的插入位置，以实现断续裂隙的预制。不同裂隙组构特征的模拟试件制备需要制备一套具有相同组构特征的刻槽盖板和顶板，制样盒利用率低，材料浪费严重。

申请号为201511019619.8的中国发明专利《一种基于3D打印技术的非贯通裂隙岩体试样的制备方法》公开了一种基于3D打印技术的非贯通裂隙岩体试样的制备方法，该方法虽能够实现不同组构特征裂隙岩体试样的制备，但是制样和拆模过程复杂、制样成本高较高，且受3D打印装置和技术的限制，目前还很难推广应用。

申请号为201610621374.4的中国发明专利《一种相似材料岩体试样断续节理精确定位制作装置》公开了一种预制含单条变方位的断续节理相似材料岩体试样的制作装置。该装置不能制备具有多条或多组复杂节理网络结构的相似材料岩体试样。

申请号为201610517486.5的中国发明专利《一种制作含非贯通型裂隙的类岩石试样的模具》公开了一种预制含两条变方位非贯通型裂隙的类岩石试样模具。该模具仅限于制备位置固定的两条角度可调的非贯通型裂隙，同样无法实现具有复杂且可变的节理组构特征的类岩石试样的制备。

申请号为201711446778.5的中国发明专利《一种内部含非贯通结构面相似材料模型的制作方法及装置》公开了一种内部含非贯通结构面的相似材料的制作方法及装置，该方法和装置主要利用3D打印技术制备具有高精度结构面表面特征的结构面模具，实现含有单条非贯通结构面相似材料模型的制作，未实现具有复杂组构特征非贯通节理试样的制备。

以上研究现状显示，目前大部分试验测试的非贯通节理类岩石试样中的预制非贯通节理组构主要为单条、两条、单组或两组，节理组构简单且规整，相应制样装置的可调性差，很难适应实际工程岩体中出露的具有不同组构特征的节理网络的类岩石材料的制备，尤其是随机节理网络，从而抑制了更加深入全面地揭示和研究节理组构特征对岩体力学特性弱化机制；另外，制样装置有限的可调节性使得需要多套制样装置才能实现具有不同组构特征的非贯通节理类岩石材料的制备，制样装置的利用率低，造成材料和资源的浪费。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，实现具有不同张开度、方位、间距和连通率等组构特征的非贯通节理类岩石试样方便快捷的制备，可更深入全面地研究非贯通节理岩体力学特性，从而优化节理岩体工程施工和支护方案，确保节理岩体稳定性，具有重要的现实意义。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，包括制样盒、定位网架；所述定位网架通过设置在制样盒上的第一连接件固定在制样盒的上方；所述定位网架的网线上安装有多个变角度插片夹持器，所述变角度插片夹持器的底侧固定有插片；所述定位网架的网线上设置有刻度线，用于精确定位变角度插片夹持器的位置，进而控制插片的位置与目标节理位置精确吻合；所述变角度插片夹持器包括安装在定位网架的网线上的第二连接件、与插片连接的第三连接件；所述第三连接件与第二连接件为可转连接；所述第二连接件的底侧还固定有方位刻度盘，用于精确定位第三连接件的转动角度，进而控制插片的长度方向与目标节理方位一致；多个插片用于在制样盒内的岩石样品形成多种组构形式的多条非贯通结理。

进一步的，所述第一连接件包括上卡扣和第一下卡扣；所述上卡扣为开口朝下的U形结构，其内侧的顶端设置有半圆凹槽并在半圆凹槽的中间位置设置有上下方向的第一螺纹孔，U形的上卡扣的两臂的侧面设置有对应的第一固定孔；所述第一下卡扣的顶端也设置有半圆凹槽、侧面与第一固定孔对应的位置设置有第二固定孔，通过第一固定孔和第二固定孔穿设第一紧固螺栓将上卡扣和第一下卡扣固定；所述上卡扣和第一下卡扣各自的半圆凹槽组成圆形结构并套在定位网架的网线上；所述第一螺纹孔穿设有第二紧固螺栓，第二紧固螺栓的底端抵在定位网架的网线上，第一下卡扣的底端与制样盒的顶面连接固定，用于实现通过第一连接件将定位网架固定在制样盒的上方。

进一步的，所述第二连接件也包括上卡扣，所述第二连接件的上卡扣具有第一连接件的上卡扣相同的结构；第二连接件还包括第二下卡扣，所述第二下卡扣也具有第一连接件的第一下卡扣相似的结构，不同点在于：第二下卡扣的底侧设置有第二螺纹孔；第三连接件的顶侧固定有螺纹杆并与第二下卡扣的第二螺纹孔螺纹连接，用于实现第三连接件与第二连接件的可转连接；所述螺纹杆上还螺纹连接有紧固螺母，用于第三连接件完成角度调节后相对于第二连接件的锁紧固定。

进一步的，所述第三连接件为开口朝下的U形结构，所述插片的顶端插设在U形的第三连接件中并固定连接；所述U形的第三连接件的两臂的侧面设置有相对应的第三固定孔，插片在与第三固定孔对应的位置设置有第四固定孔，在第三固定孔和第四固定孔中穿设第三紧固螺栓将插片与第三连接件固定。

进一步的，所述第四固定孔为水平方向的长孔，插片上在位于第四固定孔附近的位置设置有与第四固定孔长度方向对应的刻度线，用于插片沿第四固定孔的长度方向调节，进而扩大插片分布位置的多样性。

进一步的，所述第三固定孔为竖向的长孔，用于插片沿第三固定孔的长度方向进行高度的调节。

进一步的，所述插片为矩形钢片，插片的尺寸和厚度根据目标节理的尺寸和张开度设计。

进一步的，所述制样盒为由底板、左右两侧的侧板、前后两侧的侧板拼接构成的盒状结构，并通过第四紧固螺栓连接；所述第一连接件设置在制样盒的侧板顶面靠近角落的位置。

本实用新型的优点：本实用新型的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，灵活多变，可实现具有不同组构特征的多条非贯通节理的同时批量制备，操作简单，制样效率高；依据定位网架、方位刻度盘以及插片上的刻度标记，可实现每条节理位置的方位的精确控制；通过变角度插片夹持器与插片间的旋转连接可实现非贯通节理预制方位的多样性；通过变角度插片夹持器与定位网架的灵活连接可实现非贯通节理预制条数和位置的多样性；通过插片尺寸和厚度的变化可实现非贯通节理预制长度和张开度的多样性；实现含多种多样组构形式的非贯通节理类岩石试样的制备；可更深入全面地研究非贯通节理岩体力学特性，从而优化节理岩体工程施工和支护方案，确保节理岩体稳定性，具有重要的现实意义。

附图说明

图1为实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置的示意图；

图2为实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置的变角度插片夹持器的分解状态的示意图；

图3为实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置的定位网架的网线的部分示意图；

图4为实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置的变角度插片夹持器的第二下卡扣的内部示意图。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。

实施例

如图1至图4所示，本实施例提供了一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，包括制样盒1、定位网架2；所述定位网架2通过设置在制样盒1上的第一连接件3固定在制样盒1的上方；所述定位网架2的网线6上安装有多个变角度插片夹持器4，所述变角度插片夹持器4的底侧固定有插片5；所述定位网架2的网线6上设置有刻度线，用于精确定位变角度插片夹持器4的位置，进而控制插片5的位置与目标节理位置精确吻合；所述变角度插片夹持器4包括安装在定位网架2的网线6上的第二连接件、与插片5连接的第三连接件17；所述第三连接件17与第二连接件为可转连接；所述第二连接件的底侧还固定有方位刻度盘15，用于精确定位第三连接件17的转动角度，进而控制插片5的长度方向与目标节理方位一致；多个插片5用于在制样盒1内的岩石样品形成多种组构形式的多条非贯通结理。

本实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，所述第一连接件3包括上卡扣7和第一下卡扣8；所述上卡扣7为开口朝下的U形结构，其内侧的顶端设置有半圆凹槽11并在半圆凹槽11的中间位置设置有上下方向的第一螺纹孔，U形的上卡扣7的两臂的侧面设置有对应的第一固定孔13；所述第一下卡扣8的顶端也设置有半圆凹槽11、侧面与第一固定孔13对应的位置设置有第二固定孔14，通过第一固定孔13和第二固定孔14穿设第一紧固螺栓9将上卡扣7和第一下卡扣8固定；所述上卡扣7和第一下卡扣8各自的半圆凹槽11组成圆形结构并套在定位网架2的网线6上；所述第一螺纹孔穿设有第二紧固螺栓10，第二紧固螺栓10的底端抵在定位网架2的网线6上，第一下卡扣8的底端与制样盒1的顶面连接固定，用于实现通过第一连接件3将定位网架2固定在制样盒1的上方。

本实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，所述第二连接件也包括上卡扣7，所述第二连接件的上卡扣7具有第一连接件3的上卡扣7相同的结构；第二连接件还包括第二下卡扣12，所述第二下卡扣12也具有第一连接件3的第一下卡扣8相似的结构，不同点在于：第二下卡扣12的底侧设置有第二螺纹孔26；第三连接件17的顶侧固定有螺纹杆16并与第二下卡扣12的第二螺纹孔26螺纹连接，用于实现第三连接件17与第二连接件的可转连接；所述螺纹杆16上还螺纹连接有紧固螺母18，用于第三连接件17完成角度调节后相对于第二连接件的锁紧固定。

本实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，所述第三连接件17为开口朝下的U形结构，所述插片5的顶端插设在U形的第三连接件17中并固定连接；所述U形的第三连接件17的两臂的侧面设置有相对应的第三固定孔19，插片5在与第三固定孔19对应的位置设置有第四固定孔20，在第三固定孔19和第四固定孔20中穿设第三紧固螺栓21将插片5与第三连接件17固定。

本实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，所述第四固定孔20为水平方向的长孔，插片5上在位于第四固定孔20附近的位置设置有与第四固定孔20长度方向对应的刻度线，用于插片5沿第四固定孔20的长度方向调节，进而扩大插片5分布位置的多样性。

本实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，所述第三固定孔19为竖向的长孔，用于插片5沿第三固定孔19的长度方向进行高度的调节。

本实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，所述插片5为矩形钢片，插片5的尺寸和厚度根据目标节理的尺寸和张开度设计。

本实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，所述制样盒1为由底板22、左右两侧的侧板24、前后两侧的侧板23拼接构成的盒状结构，并通过第四紧固螺栓25连接；所述第一连接件3设置在制样盒1的侧板顶面靠近角落的位置。

本实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，按以下步骤进行操作：

一、根据目标试样中所含非贯通节理的位置，将定位网架2相应位置处的网线6置于第二连接件的上卡扣7的半圆凹槽11内，将第二连接件的第二下卡扣12嵌入第二连接件的上卡扣7内，对准第一固定孔13和第二固定孔14，通过第一紧固螺栓9将第二连接件组装在网线6上，依据定位网架2的网线6上的刻度线沿网线6微调变角度插片夹持器4的位置，使其与目标节理位置精确吻合，然后通过第二紧固螺栓10将变角度插片夹持器4固定在定位网架2的网线6上；

二、根据目标试样中所含非贯通节理的方位，旋转变角度插片夹持器4下端的第三连接件17，使插片5的长度方与节理目标方位一致，然后用紧固螺母18将第三连接件17固定于第二下卡扣12的底侧；

三、根据目标试样中所含非贯通节理的尺寸和张开度，选取相同尺寸和厚度的插片5，将插片5插入第三连接件17内，使插片5的第四固定孔20与第三连接件17上的第三固定孔19重叠，然后通过第三紧固螺栓21连接，依据插片5上第四固定孔20对应的刻度线，插片5在U形的第三连接件17内滑动，可进一步调节插片5的位置，在定位网架2的网格尺寸大小的精度限制下，进一步扩大插片5分布位置的多样性，确定插片5位置后，旋紧第三紧固螺栓21，将插片5固定在第三连接件17上；

四、若需要预制多条非贯通节理，则根据每条节理的组构特征(采用不同尺寸和厚度的插片5，重复步骤一至三，将多个变角度插片夹持器4固定连接在定位网架2上，将对应的插片5固定连接在变角度插片夹持器4上；

五、通过第四紧固螺栓25将底板22、前后左右的侧板23和24拼装成制样盒1；

六、将八个第一连接件3的第一下卡扣8下端固定在制样盒1上表面的四个边角处，将定位网架2的边角网线6置于相应的第一下卡扣8的半圆凹槽11内，将第一连接件3的上卡扣7套住第一下卡扣8的上端，对准第一固定孔13和第二固定孔14，然后通过第一紧固螺栓9将第一连接件3的上卡扣7和第一下卡扣8固定，再通过第二紧固螺栓10将定位网架2与第一连接件3固定，进而将定位网架2固定在制样盒1上方；

七、向制样盒1内浇筑类岩石材料，待类岩石材料处于半凝固状态时，拆除变角度插片夹持器4的第二连接件的第二下卡扣12和上卡扣7之间的第二紧固螺栓10以及第三连接件17与插片5之间的第三紧固螺栓21，将变角度插片夹持器4从定位网架2上取下，然后拆除第一连接件3的第一下卡扣8和上卡扣7之间的第一紧固螺栓9，将第一连接件3的上卡扣7和定位网架2取下；

八、将插片5从类岩石材料依次拔出，对试样进行养护，从而制备出含有目标组构特征的非贯通节理类岩石试样。

本实施例的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，灵活多变，可实现具有不同组构特征的多条非贯通节理的同时批量制备，操作简单，制样效率高；依据定位网架、方位刻度盘以及插片上的刻度标记，可实现每条节理位置的方位的精确控制；通过变角度插片夹持器与插片间的旋转连接可实现非贯通节理预制方位的多样性；通过变角度插片夹持器与定位网架的灵活连接可实现非贯通节理预制条数和位置的多样性；通过插片尺寸和厚度的变化可实现非贯通节理预制长度和张开度的多样性；实现含多种多样组构形式的非贯通节理类岩石试样的制备；可更深入全面地研究非贯通节理岩体力学特性，从而优化节理岩体工程施工和支护方案，确保节理岩体稳定性，具有重要的现实意义。

上述实施例不应以任何方式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，其特征在于：包括制样盒、定位网架；所述定位网架通过设置在制样盒上的第一连接件固定在制样盒的上方；所述定位网架的网线上安装有多个变角度插片夹持器，所述变角度插片夹持器的底侧固定有插片；所述定位网架的网线上设置有刻度线，用于精确定位变角度插片夹持器的位置，进而控制插片的位置与目标节理位置精确吻合；所述变角度插片夹持器包括安装在定位网架的网线上的第二连接件、与插片连接的第三连接件；所述第三连接件与第二连接件为可转连接；所述第二连接件的底侧还固定有方位刻度盘，用于精确定位第三连接件的转动角度，进而控制插片的长度方向与目标节理方位一致；多个插片用于在制样盒内的岩石样品形成多种组构形式的多条非贯通结理。

2.根据权利要求1所述的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，其特征在于：所述第一连接件包括上卡扣和第一下卡扣；所述上卡扣为开口朝下的U形结构，其内侧的顶端设置有半圆凹槽并在半圆凹槽的中间位置设置有上下方向的第一螺纹孔，U形的上卡扣的两臂的侧面设置有对应的第一固定孔；所述第一下卡扣的顶端也设置有半圆凹槽、侧面与第一固定孔对应的位置设置有第二固定孔，通过第一固定孔和第二固定孔穿设第一紧固螺栓将上卡扣和第一下卡扣固定；所述上卡扣和第一下卡扣各自的半圆凹槽组成圆形结构并套在定位网架的网线上；所述第一螺纹孔穿设有第二紧固螺栓，第二紧固螺栓的底端抵在定位网架的网线上，第一下卡扣的底端与制样盒的顶面连接固定，用于实现通过第一连接件将定位网架固定在制样盒的上方。

3.根据权利要求2所述的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，其特征在于：所述第二连接件也包括上卡扣，所述第二连接件的上卡扣具有第一连接件的上卡扣相同的结构；第二连接件还包括第二下卡扣，所述第二下卡扣也具有第一连接件的第一下卡扣相似的结构，不同点在于：第二下卡扣的底侧设置有第二螺纹孔；第三连接件的顶侧固定有螺纹杆并与第二下卡扣的第二螺纹孔螺纹连接，用于实现第三连接件与第二连接件的可转连接；所述螺纹杆上还螺纹连接有紧固螺母，用于第三连接件完成角度调节后相对于第二连接件的锁紧固定。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，其特征在于：所述第三连接件为开口朝下的U形结构，所述插片的顶端插设在U形的第三连接件中并固定连接；所述U形的第三连接件的两臂的侧面设置有相对应的第三固定孔，插片在与第三固定孔对应的位置设置有第四固定孔，在第三固定孔和第四固定孔中穿设第三紧固螺栓将插片与第三连接件固定。

5.根据权利要求4所述的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，其特征在于：所述第四固定孔为水平方向的长孔，插片上在位于第四固定孔附近的位置设置有与第四固定孔长度方向对应的刻度线，用于插片沿第四固定孔的长度方向调节，进而扩大插片分布位置的多样性。

6.根据权利要求5所述的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，其特征在于：所述第三固定孔为竖向的长孔，用于插片沿第三固定孔的长度方向进行高度的调节。

7.根据权利要求1所述的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，其特征在于：所述插片为矩形钢片，插片的尺寸和厚度根据目标节理的尺寸和张开度设计。

8.根据权利要求1所述的一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置，其特征在于：所述制样盒为由底板、左右两侧的侧板、前后两侧的侧板拼接构成的盒状结构，并通过第四紧固螺栓连接；所述第一连接件设置在制样盒的侧板顶面靠近角落的位置。

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