一种模拟含多层层间错动带岩体的制样模具及其制样方法与流程

本发明涉及模拟制样模具领域，尤其是一种模拟含多层层间错动带岩体的制样模具及其制样方法。

背景技术：

含多层层间错动带的岩体是具有非连续性、非线性特征的特殊结构性岩体，层间错动带对岩体稳定性的影响显著，因此，有必要对含层间错动带的岩体力学特性进行研究。

岩石力学试验主要包括现场试验与室内试验，其中原位试验的经济效益较差，且受环境的影响十分明显。近年来，国内外很多学者对含层间错动带的岩体的力学行为进行了研究，但是通过室内试验研究较少，其原因是在制样过程中很难制作出含层间错动带的原岩试样，尤其是含有一定倾角的层间错动带的原岩试样。

研究人员通常采用类岩石材料进行合理的配比方式进行模拟岩石试样，并对其力学性质进行研究，类岩石材料通常有水泥砂浆材料、树脂类透明岩石材料、松香油酒精类材料、石膏类材料等；在制备含有一定倾角的层间错动带的原岩试样时，如果不能对其倾角进行控制，容易出现相同材料浇筑层密度上低下高的缺点。

技术实现要素：

发明目的：为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种模拟含多层层间错动带岩体的制样模具及其制样方法，简单可靠，经济效益高，克服了原位试验受环境影响大，经济性差的弊端，可操作性强，可重复性高，试验结果离散性较小。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：一种模拟含多层层间错动带岩体的制样模具，包括制样底座以及n层活动连接在制样底座上的制样机构；还包括对制样底座以及制样机构进行倾角控制的倾角控制机构；

所述制样机构包括中空结构的主控圆筒以及辅控圆筒；所述主控圆筒上表面为斜面；斜面与水平面之间的夹角为α；所述辅控圆筒的下表面与主控圆筒上表面形状吻合；其中0＜α＜90°；

所述倾角控制机构为包括竖直面和倾斜水平面的l型结构；所述竖直面与倾斜水平面之间的夹角为(90°-α)；

所有相邻活动接触面之间均设有密封机构。

更为优选的，所述制样机构与制样底座的活动连接为：所述主控圆筒、辅控圆筒以及制样底座上均设有位置一一对应的多个约束固定轴孔；所述主控圆筒、辅控圆筒通过穿过多个约束固定轴孔的定位支架杆以及配合使用的固定螺母活动连接在制样底座上。

所述多个约束固定轴孔至少为两个；保证其连接的稳固性。

所述密封机构为接触面上设置的环状凹槽以及配套在环状凹槽内的“o”型橡胶垫圈；起到放水的作用。

更进一步的，所述“o”型橡胶垫圈的纵向截面半径比所述环状凹槽的沟槽深度大0-0.5mm。

更进一步的，所述主控圆筒和辅控圆筒的内径均大于制样对象最大颗粒粒径的5倍；高度大于制样对象最大颗粒粒径的1.5倍；筒壁厚度不小于10mm。

本发明还公开了一种模拟含多层层间错动带岩体的制样方法，包括如下步骤：

a)第一层制样：首先组装第一层制样机构，将主控圆筒活动连接在制样底座上，主控圆筒的斜面朝上，主控圆筒和制样底座之间的接触面上设有密封机构，组装完成后，将其卡靠在倾角控制机构的倾斜水平面上，主控圆筒上表面呈与水平面平行的状态；将第一层制样对象按所需质量比拌合均匀后浇铸到第一层制样机构内部圆筒中，振捣密实，完成第一层制样；

b)第二层制样：将辅控圆筒活动连接在主控圆筒上方，接触面上设有密封机构，组装完成后；采用第二层制样对象，按所需质量比拌合均匀后浇铸到内部圆筒中，振捣密实，完成第二层制样；

c)根据步骤b)依次组装n层制样机构，并浇铸n层制样对象的试样材料；

d)将连接完成的制样模具加固连接，并从倾角控制机构分离，将拌合均匀后的材料浇铸到最后一层制样装置中，振捣密实，进行常温常湿度养护；

e)养护后拆模形成含多层层间错动带的类岩石试样。

更为优选的，步骤d)中养护条件为20℃，相对湿度为90％。

更为优选的，步骤e)制备的类岩石试样通过打磨、整平至所需精度后进行岩石力学试验。

有益效果：本发明所公开的一种模拟含多层层间错动带岩体的制样模具及其制样方法，与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明的制样方法方法简单可靠，经济效益高，克服了原位试验受环境影响大，经济性差的弊端，室内模型试验可操作性强，可重复性高，试验结果离散性较小，可靠性增强。

(2)本发明采用含倾角的倾角控制装置以及设有斜面的主控圆筒配合进行调平；各层制样装置分别制备后组装并浇筑，不会出现试件分布不均匀的情况，可准确控制各层试样的厚度和倾角；同时避免试样相同材料浇筑层密度上低下高的缺点。

(3)本发明能够准确控制各层试样的厚度和倾角，使得进行岩石力学试验时能够获得准确可靠试验结果。

(4)本发明为含多层层间错动带的岩体地区坝基工程、边坡工程等领域各向异性相关的岩石力学行为研究提供可靠的方法支撑。

附图说明

图1是本发明实施例1模拟含多层层间错动带岩体的制样模具结构示意图；

图2是本发明实施例1制样模具的主控圆筒结构示意图；

图3是本发明实施例1制样模具中定位支架杆以及配合使用的固定螺母结构示意图；

图4是实施例1制样模具中辅控圆筒结构示意图；

图5是实施例1制样模具中辅控圆筒俯视结构示意图；

图6是实施例1制样模具中制样底座结构示意图；

图7是实施例1制样模具中制样底座主视方向结构示意图；

图8是本发明实施例1制样过程中制样模具结构变化示意图。

具体实施方式

实施例1：

请参阅图1-8所示，本发明公开了一种模拟含多层层间错动带岩体的制样模具，包括制样底座1以及n层活动连接在制样底座1上的制样机构2；还包括对制样底座1以及制样机构2进行倾角控制的倾角控制机构3；

所述制样机构2包括中空结构的主控圆筒21以及辅控圆筒22；所述主控圆筒21上表面为斜面；斜面与水平面之间的夹角为α；其中0＜α＜90°；所述辅控圆筒22的下表面与主控圆筒21上表面形状吻合；所述主控圆筒21和辅控圆筒22的内径均大于制样对象最大颗粒粒径的5倍；高度大于制样对象最大颗粒粒径的1.5倍；筒壁厚度不小于10mm。

所述倾角控制机构3为包括竖直面31和倾斜水平面32的l型结构；所述竖直面31与倾斜水平面32之间的夹角为(90°-α)；

所述主控圆筒21、辅控圆筒22以及制样底座1上均设有位置一一对应的四个约束固定轴孔5，分别在四个角部；保证其连接的稳固性。所述主控圆筒21、辅控圆筒22通过穿过约束固定轴孔5的定位支架杆51以及配合使用的固定螺母52活动连接在制样底座1上；固定螺母52使用六角固定螺母。

所有相邻活动接触面之间均设有密封机构4。所述密封机构4为接触面上设置的环状凹槽41以及配套在环状凹槽41内的“o”型橡胶垫圈42；起到防水的作用。所述“o”型橡胶垫圈42的纵向截面半径比所述环状凹槽41的沟槽深度大0.5mm。其中所述制样底座1下表面水平光滑，上表面设有环状凹槽41以及配套在环状凹槽41内的“o”型橡胶垫圈42；所述主控圆筒21和辅控圆筒22的接触面上也设有同样的密封机构4。“o”型橡胶垫圈进行止水效果更佳，防水效果好。

本发明还公开了一种模拟含多层层间错动带岩体的制样方法，包括如下步骤：具体请参照图8所示：

a)如图8-a所示，第一层制样具体方法如下：首先组装第一层制样机构，将主控圆筒21通过定位支架杆51穿过约束固定轴孔5连接在制样底座1上，主控圆筒21的斜面朝上，制样底座1和主控圆筒21和之间的接触面上设有环状凹槽41以及配套在环状凹槽41内的“o”型橡胶垫圈42，组装完成后，将其卡靠在倾角控制机构3的倾斜水平面31上，主控圆筒21上表面呈与水平面平行的状态；将水泥、河砂、水与消泡剂按所需质量比拌合均匀后浇铸到第一层制样机构内部圆筒中，振捣密实，完成第一层制样；

b)请参照图8-b所示：第二层制样：将辅控圆筒22的四个约束固定轴孔5套在定位支架杆51上，活动连接在主控圆筒21上方，接触面上设有环状凹槽41以及配套在环状凹槽41内的“o”型橡胶垫圈42，组装完成后；采用白水泥模拟层间错动带，按所需质量比拌合均匀后浇铸到内部圆筒中，振捣密实，完成第二层制样；

c))请参照图8-c-图8-e所示：重复上述步骤完成第三层制样模具组装，将水泥、河砂、水与消泡剂按所需质量比拌合均匀后浇铸到第三层制样模具内部圆筒中，振捣密实，完成第三层制样；完成第四层制样模具组装，将白水泥浇铸到模具圆筒中，振捣密实，完成第四层制样；完成第五层制样模具组装，采用固定螺母52和定位支架杆51将制作完成的制样装置加固连接，制样模具与倾角控制机构3分离，将水泥、河砂、水与消泡剂按一定质量比拌合均匀后浇铸到第五层制样模具的圆筒中，振捣密实，完成第五层制样；

d)请参照图8-f所示：将完成的制样模具从倾角控制机构3分离，将拌合均匀后的材料浇铸到最后一层制样装置中，振捣密实，进行常温常湿度养护；养护条件为20℃，相对湿度为90％。

e)养护后拆模形成含多层层间错动带的类岩石试样；制备的类岩石试样通过打磨、整平至所需精度后进行岩石力学试验。