一种用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构

1.本实用新型属于采矿工程技术领域，具体涉及一种用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构。


背景技术：

2.岩体由结构面和岩石组成，节理作为一种典型的岩体结构面，控制着岩体的力学变形特征和失稳破坏模式，为获取不同节理倾角、间距的组合作用对岩体力学性质的影响，不少学者制作含倾角节理相似材料试件开展相应研究。然而传统模具制备的相似材料试件只能模拟近水平或缓倾角的层状铺设节理，当倾角增大，将难以保证相似材料均匀铺设，还存在操作难度大、精确性低以及节理不可控的难题。
3.近些年出现的一些倾斜相似材料试验方法或平台，如图1所示，水利与建筑工程学报的第17卷第6期71页阐述了一种通过刀片切割获得倾斜节理试件的方法，其按照所需层理倾角，在每个待加工试样表面描摹好切割线，通过改变直角三角形垫块的角度，并将切割刀片对准事先临摹好的切割线，保持切割刀片沿线切割，便可得到相应层状类岩体单轴压缩试样。但是贯通节理面的存在使得相似材料试件强度普遍较低，且结构面多占主导破坏因素，该方法容易损毁试件，即时对于高强度试件，在切割时也容易损伤试件，从而造成实验数据的偏差。如图2所示，公开号为cn105336263a的专利，也在一定程度提供一种急倾斜层状节理模拟实验的思路，即将倾斜节理转换为水平节理预制，其在模具三处节点上安装滑轮，通过节点滑动完成相似材料模具的旋转，将倾斜节理转为水平节理进行预制。但是在模具敞开口处缺少一块合适的挡板，填塞材料容易漏出；其整体的承载力仅由3处的千斤顶提供，有一定的安全风险。图中弧形滑道的结构只适用于指定模具，适用性不高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于一种用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构，限位块灵活固定以适应不同模具尺寸，螺母旋转调节使模具精确，安全可靠地倾斜任意角度，将倾斜节理转为水平节理进行预制。
5.一种用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构，包括底座钢板、支撑升降组件、圆柱型稳固构件及试样模具，所述底座钢板上表面一端对称焊接有空心圆柱稳固构件，支撑升降组件两端分别穿过两个空心圆柱稳固构件固定在底座钢板上，底座钢板上表面另一端等间距设置有多个挡墙，试样模具一端搭接在支撑升降组件上，另一端抵在挡墙上，且试样模具上安装有挡板。
6.所述支撑升降组件包括支撑螺杆、第一固定螺母、第二固定螺母、横杆及横杆限位块，所述支撑螺杆为两根，两根支撑螺杆分别穿过对应的空心圆柱稳固构件和底座钢板上的螺孔，且端部通过位于底座钢板下表面凹槽内的第一固定螺母紧固，空心圆柱稳固构件顶部有螺接在支撑螺杆上的第二固定螺母，通过第一固定螺母和第二固定螺母将支撑螺杆固定在底座钢板上，第二固定螺母的上方支撑螺杆上螺接有升降螺母，两个支撑螺杆之间
安装有横杆，横杆两端分别套在支撑螺杆上，且横杆通过升降螺母支撑，横杆上设置有两个横杆限位块，横杆限位块用于限制试样模具在横杆上的串动。
7.每个所述挡墙上均安装有两个挡墙限位块。
8.所述挡墙限位块与挡墙之间、横杆限位块与横杆之间及挡板与试样模具之间均通过螺栓紧固，且螺栓的螺杆端部均安装有橡胶垫。
9.所述试样模具为长方体，且在试样模具上开设有三个相似材料成型腔。
10.所述升降螺母旋转一圈，试样模具角度增大0.4～0.9
°
。
11.所述试样模具角度的调节范围为10～80
°
。
12.本实用新型的技术效果为：
13.本实用新型辅助结构安装使用简单便捷，使用门槛低，同时设计灵活的限位块以适应模具尺寸，适用性广；通过设置不同档位联合螺母旋转抬高模具的方式，实现模具倾角10～80
°
的精准快捷调节。相比现有技术，本实用新型精度高、适用性广，使用简单便捷，为含倾角节理相似材料试件制备提供了一种可行的低成本方案。
附图说明
14.图1现有的倾斜相似材料试验平台示意图；
15.图2现有的急倾斜层状节理模拟实验示意图；
16.图3本实用新型用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构示意图；
17.图4本实用新型用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构侧视图；
18.图5本实用新型用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构的成型腔与挡板配合图；
19.图6本实用新型用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构的挡墙限位块示意图；
20.图7本实用新型用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构的横杆限位块示意图；
21.图8本实用新型用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构的挡板示意图；
22.1-底座钢板，2-挡墙，3-挡墙限位块，4-横杆，5-横杆限位块，6-空心圆柱稳固构件，7-第一固定螺母，8-第二固定螺母，9-升降螺母，10-支撑螺杆，11-试样模具，12-挡板，13-成型腔。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
24.如图3至图8所示，一种用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构，包括底座钢板1、支撑升降组件、圆柱型稳固构件及试样模具11，所述底座钢板1上表面一端对称焊接有空心圆柱稳固构件6，支撑升降组件两端分别穿过两个空心圆柱稳固构件6固定在底座钢板1上，底座钢板1上表面另一端等间距设置有五个挡墙2，从靠近支撑螺杆10一端到远离支撑螺杆10一端的挡墙2依次为五号挡墙、四号挡墙、三号挡墙、二号挡墙及一号挡墙，一号挡墙能够实现试样模具11在10～40
°
范围内调节角度，二号挡墙能够实现11在25～53
°
范围内调节角度，三号挡墙能够实现试样模具11在50～63
°
范围内调节角度，四号挡墙能够实现试样模具11在63～72
°
范围内调节角度，五号挡墙能够实现试样模具11在72～80
°
范围内调节角度；试样模具11一端搭接在支撑升降组件上，另一端抵在挡墙2上，且试样模具11上安装有
挡板12，当相似材料接触敞开口时安装挡板12，并使用螺钉将挡板12固定于试样模具11上，并随继续填塞相似材料，挡板12沿试样模具11每次上移一个节理间距的距离，提供所需的约束面。本实用新型辅助结构使用门槛低，只需先用升降螺母9将横杆4调节至节理倾角，人工安装试样模具11便可实现模拟不同倾角节理实验。
25.所述支撑升降组件包括支撑螺杆10、第一固定螺母7、第二固定螺母8、横杆4及横杆限位块5，所述支撑螺杆10为两根，两根支撑螺杆10分别穿过对应的空心圆柱稳固构件6和底座钢板1上的螺孔，且端部通过位于底座钢板1下表面凹槽内的第一固定螺母7紧固，空心圆柱稳固构件6顶部有螺接在支撑螺杆10上的第二固定螺母8，通过第一固定螺母7和第二固定螺母8将支撑螺杆10固定在底座钢板1上，第二固定螺母8的上方支撑螺杆10上螺接有升降螺母9，通过螺母精确调节横杆4高度，使模具倾斜任意角度且精度高；通过挡墙2和限位块限制模具偏移，确保安全稳固，两个支撑螺杆10之间安装有横杆4，横杆4两端分别套在支撑螺杆10上，且横杆4通过升降螺母9支撑，横杆4上设置有两个横杆限位块5，横杆限位块5用于限制试样模具11在横杆4上的串动。
26.每个所述挡墙2上均安装有两个挡墙限位块3。
27.所述挡墙限位块3与挡墙2之间、横杆限位块5与横杆4之间及挡板12与试样模具11之间均通过螺栓紧固，且螺栓的螺杆端部均安装有橡胶垫，通过螺栓的设置使得挡墙限位块3能够在挡墙2上滑动后并固定，使得横杆限位块5能够在横杆4上滑动后固定，方便挡墙限位块3及横杆限位块5位置的调节。
28.所述试样模具11为长方体，且在试样模具11上开设有三个相似材料成型腔13。
29.所述升降螺母9旋转一圈，试样模具11角度增大0.4～0.9
°
，整体调整精度可达1
°
。
30.所述试样模具11角度的调节范围为10～80
°
，精度可达1
°
。
31.一种用于制备含倾斜节理相似材料的辅助结构的一次使用过程为：
32.制作一组节理倾角为45
°
，间距为20cm的100
×
100
×
100mm标准试件，先用m16型号的第一固定螺母7和第二固定螺母8将长350mm的支撑螺杆10固定在底座钢板1上，横杆4水平安装于支撑螺杆10之间，使用角度范围25～53
°
的二号挡墙，旋转升降螺母9使横杆4距离底座240mm，将尺寸为350
×
120
×
110mm的三联试样模具11底端置于5mm厚的二号挡墙，顶端置于宽200mm的水平横杆4上，滑动两个横杆限位块5紧贴试样模具11顶端两侧后通过m4螺栓固定横杆限位块5，用于限制试样模具11顶端位置，滑动挡墙限位块3紧贴试样模具11底端两侧后通过m2螺栓固定挡墙限位块3，用于限制试样模具11底端位置，防止试样模具11偏移；然后进行相似材料试件填充，当制作第五层时，填料填至敞开口处，使用m4型号带帽螺栓将尺寸为125
×
110
×
4mm挡板12安装在试样模具11的对应成型腔13上，且此时挡板12不会完全覆盖成型腔13，在成型腔13未覆盖挡板12部分继续填塞，填塞过程中挡板12也沿着试样模具11每次上移的距离，提供所需约束面，直至完成相似材料试件制作。