CN212722305U - 一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了围岩裂隙预制系统技术领域的一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，包括提供系统主体框架及制备试件成型的试件预制模具、用于预留多种形态裂隙孔洞的裂隙预制材料与用于精确定位裂隙三维空间位置的裂隙定位装置，裂隙预制材料位于试件预制模具的内部，裂隙定位装置位于试件预制模具的顶端；试件预制模具包括U形底板、前侧板、后侧板与前后各两个插销，U形底板的上端面靠近前后端的位置均开设有纵向U形槽，本发明可依据围岩裂隙原型情况设计裂隙预制材料形态，利用裂隙定位装置将其精确固定在试件预制模具中，再浇筑预制的混领土材料，凝固成形，设计合理、结构简单、精确度高的特点，适用性广。
Description
技术领域
本实用新型涉及围岩裂隙预制系统技术领域，具体为一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统。
背景技术
近年来，随着地下建设工程的发展迅猛,巷道围岩在掘进过程中的失稳变化特征及巷道围岩支护技术越来越受业内人士的关注。巷道围岩内部本就遍布着节理裂隙，受开挖扰动的影响，围岩内部应力分布发生变化，使得微裂隙不断扩张发育。部分应力集中区裂隙持续扩张至彼此贯通，形成宏观裂隙，引起岩体失稳，严重影响了采掘进度，增加了生产成本，威胁着矿井的安全生产。现有的提高围岩稳定性的方法中，注浆加固技术凭借其操作方便、适应性强、支护效果佳的特点而被广泛应用。为探明注浆后岩石-浆液结石复合材料的力学性能及破断规律，常采取灌浆后的岩石试样做室内力学测试，然而现场钻取法受围岩结构面分布的随机性影响，试验结果往往不具规则性，故有必要对开挖扰动下围岩裂隙形态特征进行模拟，以制作出符合实际裂隙条件的试验用注浆试件。
国内外众多学者采用现场调研、地球物理勘查、数值模拟、反演等方法对开挖扰动下围岩裂隙形态进行了描绘，为围岩裂隙形态的预制提供了参考。
现有的围岩裂隙预制系统及注浆试件制作方法具有以下不足：
1、现有的围岩裂隙预制系统对裂隙的预制大都是随机性的，裂隙的形态大小、空间位置及裂隙间联通性均无法控制，更无法还原围岩裂隙原有形态；
2、现有的围岩裂隙预制系统对裂隙位置确定较为简单、不够精确，或设置的精准定位装置过于复杂、难以操作、具有针对性，不适合广泛运用。
基于此，本实用新型设计了一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统以解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，包括提供系统主体框架及制备试件成型的试件预制模具、用于预留多种形态裂隙孔洞的裂隙预制材料与用于精确定位裂隙三维空间位置的裂隙定位装置，裂隙预制材料位于试件预制模具的内部，裂隙定位装置位于试件预制模具的顶端；
试件预制模具包括U形底板、前侧板、后侧板与前后各两个插销，U形底板的上端面靠近前后端的位置均开设有纵向U形槽，前侧板和后侧板分别嵌入相对应的纵向U形槽的内部，前后各两个插销通过若干个铆钉将前侧板和后侧板分别与U形底板的前后端连接；
裂隙预制材料包括圆柱形金属块与水溶性裂隙材料；
裂隙定位装置包括横向定位滑杆与金属螺纹刻度杆，横向定位滑杆的下端面靠近两端的位置均固定安装有滑块，横向定位滑杆的上端开设有三排镂空滑动槽，镂空滑动槽的上端可滑动连接有若干个滑动螺母，金属螺纹刻度杆贯穿在滑动螺母的内部。
优选的，U形底板包括两个立板，两个立板的上端相互靠近的位置均开设有侧向水平定位滑槽，立板的上端相互远离的位置与横向定位滑杆的上端靠近外侧的位置均设置有水平刻度尺，侧向水平定位滑槽与滑块滑动连接。
优选的，U形底板前后端外表面靠近下端的位置均开设有两个纵向凹槽，前侧板与后侧板相对的外侧面均开设有两个竖向凹槽，竖向凹槽与纵向凹槽的宽度均大于插销的宽度，竖向凹槽与纵向凹槽位于同一竖直线上，插销嵌入在纵向凹槽与竖向凹槽的内部，前侧板上的两个竖向凹槽之间的区域开设有一个圆柱形孔洞。
优选的，圆柱形金属块的直径小于圆柱形孔洞的直径。
优选的，水溶性裂隙材料由水溶纸板剪裁后拼接构成，可溶纸板的形态大小可随意裁剪，且其表面粗糙度可通过摩擦或刻画改变。
优选的，滑动螺母两侧均开设有耳孔，带有耳孔的滑动螺母与三排镂空滑动槽相对应，耳孔的内部贯穿有固定螺钉，通过固定螺钉将滑动螺母定位于横向定位滑杆上。
优选的，金属螺纹刻度杆由上至下包括螺纹刻度杆、万向磁力球与金属杆，螺纹刻度杆的下端与金属杆的上端均开设有半圆形磁力凹槽，半圆形磁力凹槽与万向磁力球圆滑吸固。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、可精确定位裂隙的三维空间位置及形态，裂隙表面粗糙度及连通性均可调节，所制含裂隙试件满足多种地质条件下的裂隙情况；
2、根据提供的两系定位系统装置精简，精确度高，可精确定位所需裂隙在试件内的三维空间形态。
3、本发明可依据围岩裂隙原型情况设计裂隙预制材料形态，利用裂隙定位装置将其精确固定在试件预制模具中，再浇筑预制的混领土材料，凝固成形，设计合理、结构简单、精确度高的特点，适用性广。
当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的右侧剖面结构示意图；
图3为本发明的试件预制模具的爆炸视图；
图4为本发明的裂隙定位装置的结构示意图；
图5为本发明的金属螺纹刻度杆结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、后侧板；2、金属螺纹刻度杆；3、、横向定位滑杆；4、金属杆；5、水溶性裂隙材料；6、U形底板侧端水平刻度尺；7、立板；8、螺纹刻度杆；9、前侧板；10、插销；11、圆柱形金属块；12、铆钉；13、U形底板；14、侧向水平定位滑槽；15、滑块；16、镂空滑动槽；17、滑动螺母；18、固定螺钉；19、万向磁力球；20、点胶；22、圆形孔洞。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1至图5，本实用新型提供一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统技术方案：一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，包括提供系统主体框架及制备试件成型的试件预制模具、用于预留多种形态裂隙孔洞的裂隙预制材料与用于精确定位裂隙三维空间位置的裂隙定位装置，裂隙预制材料位于试件预制模具的内部，裂隙定位装置位于试件预制模具的顶端；
试件预制模具包括U形底板13、前侧板9、后侧板1与前后各两个插销10，且其均为金属板，U形底板13的上端面靠近前后端的位置均开设有纵向U形槽，前侧板9和后侧板1分别嵌入相对应的纵向U形槽的内部，前后各两个插销10通过若干个铆钉12将前侧板9和后侧板1分别与U形底板13的前后端连接；
裂隙预制材料包括圆柱形金属块11与水溶性裂隙材料5，圆柱形金属块11用于预制圆柱形裂隙，水溶性裂隙材料5由水溶纸剪裁后拼接构成，用于模拟不同形态裂隙网格；
裂隙定位装置包括横向定位滑杆3与金属螺纹刻度杆2，横向定位滑杆3的下端面靠近两端的位置均固定安装有滑块15，横向定位滑杆3的上端开设有三排镂空滑动槽16，镂空滑动槽16的上端可滑动连接有若干个滑动螺母17，金属螺纹刻度杆2贯穿在滑动螺母17的内部，金属螺纹刻度杆2通过滑动螺母17与横向定位滑杆3建立联系，实现多条裂隙的高精度三维空间定位。
U形底板13包括两个立板7，两个立板7的上端相互靠近的位置均开设有侧向水平定位滑槽14，立板7的上端相互远离的位置与横向定位滑杆3的上端靠近外侧的位置均设置有水平刻度尺6，侧向水平定位滑槽14与滑块15滑动连接。
U形底板13前后端外表面靠近下端的位置均开设有两个纵向凹槽，并通过铆钉12固定，前侧板9与后侧板1相对的外侧面均开设有两个竖向凹槽，竖向凹槽与纵向凹槽的宽度均大于插销10的宽度，竖向凹槽与纵向凹槽位于同一竖直线上，插销10嵌入在纵向凹槽与竖向凹槽的内部，前侧板9上的两个竖向凹槽之间的区域开设有一个圆柱形孔洞22。
圆柱形金属块11的直径满足于注浆孔尺寸需求，且圆柱形金属块11的直径小于圆柱形孔洞22的直径，以便于圆柱形金属块11插入和撤出圆柱形孔洞22。
可溶纸板形态大小可随意裁剪，且其表面粗糙度可通过摩擦或刻画改变，用于还原围岩中真实裂隙形态。
滑动螺母17两侧均开设有耳孔，带有耳孔的滑动螺母17与三排镂空滑动槽16相对应，耳孔的内部贯穿有固定螺钉18，且固定螺钉18上设置有相适配的固定螺母，通过固定螺钉18将滑动螺母17定位于横向定位滑杆3上，且滑动螺母17数量可视实验需求增减。
金属螺纹刻度杆2由上至下包括螺纹刻度杆8、万向磁力球19与金属杆4，螺纹刻度杆8的下端与金属杆4的上端均开设有半圆形磁力凹槽，半圆形磁力凹槽与万向磁力球19圆滑吸固，螺纹刻度杆8与金属杆4间通过万向磁力球19可任意变化角度。
本实施例的一个具体应用为：将前侧板9、后侧板1嵌入U形底板13前后两侧的U形槽，然后将四只插销10对槽嵌入，再利用铆钉12将插销10与前侧板9、后侧板1及U形底板13固定，在组装好的试件预制模具内壁涂上润滑油；进行水溶性裂隙材料5的制作，选择厚度适当的可溶纸并进行剪裁，拼接组成所需的围岩裂隙网格形态，而后在制好的水溶性裂隙材料5表面裹上一层石蜡薄膜；依据所需裂隙数量和位置情况，选择1-3条横向定位滑杆3，并通过固定螺钉18与耳孔的配合作用，将适当数量的滑动螺母17安装在横向定位滑杆3上的镂空滑动槽16中；通过滑动螺母17将金属螺纹刻度杆2连接在组装好的横向定位滑杆3上，再将制好的水溶性裂隙材料5通过点胶20固定于金属螺纹刻度杆2的底端；将上述步骤中的横向定位滑杆3上的滑块15与U形底板13上的侧向水平定位滑槽14对齐嵌入，依据侧向水平定位滑槽14上的水平刻度尺6调整横向定位滑杆3位置，并固定；依据横向定位滑杆3上的水平刻度尺6，调整滑动螺母17的位置并固定，根据所需裂隙深度，调整金属螺纹刻度杆2的高度，再依据所需裂隙空间形态旋转万向磁力球19，使螺纹刻度杆8与金属杆4呈合适角度；将圆柱形金属块11涂以润滑油后圆柱形孔洞22插入固定；沿试件预制模具内壁浇筑入事先预制好的类岩石混凝土材料，直至完全没过水溶性裂隙材料5，待半凝固时，割断连接水溶性裂隙材料5与金属螺纹刻度杆2的点胶20，撤走裂隙定位装置，继续浇筑类岩石混凝土材料至浇筑完成，浇筑过程在混凝土搅拌台上进行，充分的震荡使得材料间接触完全；试件完全凝固后，抽出圆柱形金属块11，沿预留的圆柱形孔洞22向试件内缓缓注入温水，充分浸泡试件，融化包裹于水溶性裂隙材料5外侧的石蜡薄层，并溶解水溶性裂隙材料5，完成裂隙预制；拆除试件预制模具，取出试块养护后，置于通风、阴凉、干燥处晾干即可，进行注浆试验时，将注浆管插入试件预留的圆柱形孔洞22内，注入预制好的浆液，待浆液与试件凝结成一体后，即可取样用于注浆试验，能够依据围岩裂隙原型情况设计裂隙预制材料形态，利用裂隙定位装置将其精确固定在试件预制模具中，再浇筑预制的混领土材料，凝固成形，设计合理、结构简单、精确度高的特点，适用性广。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，其特征在于，包括提供系统主体框架及制备试件成型的试件预制模具、用于预留多种形态裂隙孔洞的裂隙预制材料与用于精确定位裂隙三维空间位置的裂隙定位装置，所述裂隙预制材料位于试件预制模具的内部，所述裂隙定位装置位于试件预制模具的顶端；
所述试件预制模具包括U形底板(13)、前侧板(9)、后侧板(1)与前后各两个插销(10)，所述U形底板(13)的上端面靠近前后端的位置均开设有纵向U形槽，所述前侧板(9)和后侧板(1)分别嵌入相对应的纵向U形槽的内部，前后各两个所述插销(10)通过若干个铆钉(12)将前侧板(9)和后侧板(1)分别与U形底板(13)的前后端连接；
裂隙预制材料包括圆柱形金属块(11)与水溶性裂隙材料(5)；
裂隙定位装置包括横向定位滑杆(3)与金属螺纹刻度杆(2)，所述横向定位滑杆(3)的下端面靠近两端的位置均固定安装有滑块(15)，所述横向定位滑杆(3)的上端开设有三排镂空滑动槽(16)，所述镂空滑动槽(16)的上端可滑动连接有若干个滑动螺母(17)，所述金属螺纹刻度杆(2)贯穿在滑动螺母(17)的内部。
2.根据权利要求1所述的一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，其特征在于：所述U形底板(13)包括两个立板(7)，两个所述立板(7)的上端相互靠近的位置均开设有侧向水平定位滑槽(14)，所述立板(7)的上端相互远离的位置与横向定位滑杆(3)的上端靠近外侧的位置均设置有水平刻度尺(6)，所述侧向水平定位滑槽(14)与滑块(15)滑动连接。
3.根据权利要求1所述的一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，其特征在于：所述U形底板(13)前后端外表面靠近下端的位置均开设有两个纵向凹槽，所述前侧板(9)与后侧板(1)相对的外侧面均开设有两个竖向凹槽，竖向凹槽与纵向凹槽的宽度均大于插销(10)的宽度，竖向凹槽与纵向凹槽位于同一竖直线上，所述插销(10)嵌入在纵向凹槽与竖向凹槽的内部，所述前侧板(9)上的两个竖向凹槽之间的区域开设有一个圆柱形孔洞(22)。
4.根据权利要求1所述的一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，其特征在于：所述圆柱形金属块(11)的直径小于圆柱形孔洞(22)的直径。
5.根据权利要求1所述的一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，其特征在于：所述水溶性裂隙材料(5)由水溶纸板剪裁后拼接构成。
6.根据权利要求1所述的一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，其特征在于：所述滑动螺母(17)两侧均开设有耳孔，带有耳孔的所述滑动螺母(17)与三排镂空滑动槽(16)相对应，耳孔的内部贯穿有固定螺钉(18)，通过固定螺钉(18)将滑动螺母(17)定位于横向定位滑杆(3)上。
7.根据权利要求1所述的一种开挖扰动下围岩裂隙预制系统，其特征在于：所述金属螺纹刻度杆(2)由上至下包括螺纹刻度杆(8)、万向磁力球(19)与金属杆(4)，所述螺纹刻度杆(8)的下端与金属杆(4)的上端均开设有半圆形磁力凹槽，半圆形磁力凹槽与万向磁力球(19)圆滑吸固。
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