一种考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置及制备方法

本发明属于软岩试样制样装置，尤其涉及一种考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置及制备方法。

背景技术：

1、目前随着我国软岩巷道支护技术蓬勃发展，所遇到的涉及软岩的工程技术的问题也逐渐变多。为模拟出工程上所出现的实际问题，所以有学者发明出模拟实际软岩的制作工具与模拟软岩试样的制作方法。这类工具与方法所制作出来的模拟软岩试样为各水平层内各力学参数基本一致的理想试样。

2、但是软岩本身是松散、软弱的岩体。它具有强度低、孔隙率大，胶结力弱、压密程度差、成岩时间晚、风化程度高、受构造影响强、含膨胀矿物多、易破碎、不稳定的特性。这类传统的工具与方法所制作出来的模拟软岩试样的状态为理想状态，其试样的制作主要依靠分层填充、分层压实、整体取件来模拟出软岩试件，与实际工程所遇软岩存在较大差异。同时常规模拟出的软岩的力学参数如抗压强度、抗剪强度，以及破坏后的裂隙特征与裂缝规律都与实际有较大的出入。

3、同时软岩又具有重塑性、应变软化性，岩体组分中含有伊利石、蒙脱石、高岑石，亲水性强，对水十分敏感，吸水率高，膨胀力大，在遇水时会产生体积膨胀、崩解、蠕变等。而软岩的沉积形成过程中由于不均匀的沉积所体现出的成层性也是不同的，这就为人们模拟软岩试件提供新的思路与新的启发。

4、为了模拟出更符合工程实际的软岩，使其力学特性与内部结构以及破坏形式、破坏规律与实际情况更为接近。所以现在考虑到软岩的层理角度并且结合可旋转基座以及土样取件的角度，对软岩构件的制作工具与制作方法进行全面的提升。

5、因此有必要设计一种考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置及制备方法用来解决上述的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置及制备方法，能够模拟出更符合工程实际的软岩，使其力学特性与内部结构以及破坏形式、破坏规律与实际情况更为接近。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，包括，

3、基座，所述基座顶端设置有转动端，所述转动端通过紧固件与所述基座顶端可拆卸连接；

4、夹持件，固定在所述转动端顶端，所述夹持件内可拆卸连接有试样制备件；

5、击实件，设置在所述试样制备件内且所述击实件外壁与所述试样制备件内壁适配，所述击实件用于击实所述试样制备件内的土层；

6、角度观察件，具有一固定端和一刻度端，所述固定端与所述基座侧壁固接，所述刻度端与所述试样制备件侧壁固接，所述固定端与所述刻度端对应设置。

7、进一步的，所述基座顶端开设有空腔，所述转动端为设置在所述空腔内的水平转柱，所述水平转柱两端与所述基座内壁转动连接，所述紧固件为中央固定螺丝，所述中央固定螺丝贯穿所述基座和所述水平转柱，所述中央固定螺丝与所述基座和所述水平转柱螺纹连接，所述水平转柱通过所述中央固定螺丝与所述基座固定。

8、进一步的，所述夹持件包括第一l型固定板，所述第一l型固定板底端与所述水平转柱远离所述基座的一端固接，所述第一l型固定板的一端相对设置有第二l型固定板，所述第二l型固定板远离所述第一l型固定板的一端螺纹连接有至少一个长条螺丝，所述长条螺丝末端贯穿所述第二l型固定板伸入所述第一l型固定板内，且所述长条螺丝与所述第一l型固定板和所述第二l型固定板螺纹连接，所述试样制备件位于所述第一l型固定板与所述第二l型固定板之间。

9、进一步的，所述试样制备件包括一容纳盒，所述容纳盒顶端开口，所述容纳盒两侧壁与分别与所述第一l型固定板上的竖板内壁和所述第二l型固定板上的竖板内壁抵接。

10、进一步的，所述击实件包括与所述容纳盒内壁适配的接触板，所述接触板底端与土层表面接触，所述接触板顶端固接有两相对设置的固定杆，所述固定杆上穿设有击实块，所述击实块外壁与所述容纳盒内壁适配，且所述击实块与所述固定杆滑动连接，所述击实块顶端固接有提拉杆。

11、进一步的，所述角度观察件的固定端为固定在所述基座侧壁的指针，所述角度观察件的刻度端为固定在所述容纳盒外壁的旋转度数刻度表，所述指针与所述旋转度数刻度表对应设置。

12、进一步的，所述基座底部固接有两相对设置的套管，所述套管内穿设滑动有支撑杆，所述支撑杆顶端转动连接有接触头，两所述接触头顶端分别与所述第一l型固定板底端和所述第二l型固定板底端接触。

13、一种考虑层理角度的弱胶结软岩试样制备方法，制备步骤包括：

14、s1、制作试样：放置容纳盒至水平，向容纳盒内分层放入制备材料，对每一层制备材料击实；

15、s2、夹持试样：打开第一l型固定板和第二l型固定板的连接端，放入容纳盒，锁紧第一l型固定板和第二l型固定板夹持容纳盒；

16、s3、调节试样角度：旋转水平转柱改变容纳盒倾角，倾角调节完毕后固定容纳盒；

17、s4、切割试样：对试样进行垂直取土，取土完毕后切割试样上层和下层形成特定形状。

18、进一步的，步骤s1中，对每一层制备材料击实时，向所述容纳盒内置入接触板并接触制备材料表面，提拉击实块至预定高度，松开击实块打击接触板。

19、进一步的，步骤s4中，试样取土完毕后切割试样上层和下层获得圆柱状弱胶结软岩试样或空心圆柱状弱胶结软岩试样。

20、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

21、本技术方案通过设置角度可改变的试样制备件，模拟出更符合工程实际的软岩，使其力学特性与内部结构以及破坏形式、破坏规律与实际情况更为接近。考虑到软岩的层理角度并且结合可旋转基座以及土样取件的角度，对软岩构件的制作工具与制作方法进行全面的提升。

技术特征：

1.一种考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，其特征在于：所述基座(1)顶端开设有空腔，所述转动端为设置在所述空腔内的水平转柱(2)，所述水平转柱(2)两端与所述基座(1)内壁转动连接，所述紧固件为中央固定螺丝(3)，所述中央固定螺丝(3)贯穿所述基座(1)和所述水平转柱(2)，所述中央固定螺丝(3)与所述基座(1)和所述水平转柱(2)螺纹连接，所述水平转柱(2)通过所述中央固定螺丝(3)与所述基座(1)固定。

3.根据权利要求2所述的考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，其特征在于：所述夹持件包括第一l型固定板(4)，所述第一l型固定板(4)底端与所述水平转柱(2)远离所述基座(1)的一端固接，所述第一l型固定板(4)的一端相对设置有第二l型固定板(5)，所述第二l型固定板(5)远离所述第一l型固定板(4)的一端螺纹连接有至少一个长条螺丝(6)，所述长条螺丝(6)末端贯穿所述第二l型固定板(5)伸入所述第一l型固定板(4)内，且所述长条螺丝(6)与所述第一l型固定板(4)和所述第二l型固定板(5)螺纹连接，所述试样制备件位于所述第一l型固定板(4)与所述第二l型固定板(5)之间。

4.根据权利要求3所述的考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，其特征在于：所述试样制备件包括一容纳盒(7)，所述容纳盒(7)顶端开口，所述容纳盒(7)两侧壁与分别与所述第一l型固定板(4)上的竖板内壁和所述第二l型固定板(5)上的竖板内壁抵接。

5.根据权利要求4所述的考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，其特征在于：所述击实件包括与所述容纳盒(7)内壁适配的接触板(8)，所述接触板(8)底端与土层表面接触，所述接触板(8)顶端固接有两相对设置的固定杆(9)，所述固定杆(9)上穿设有击实块(10)，所述击实块(10)外壁与所述容纳盒(7)内壁适配，且所述击实块(10)与所述固定杆(9)滑动连接，所述击实块(10)顶端固接有提拉杆(11)。

6.根据权利要求4所述的考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，其特征在于：所述角度观察件的固定端为固定在所述基座(1)侧壁的指针(12)，所述角度观察件的刻度端为固定在所述容纳盒(7)外壁的旋转度数刻度表(13)，所述指针(12)与所述旋转度数刻度表(13)对应设置。

7.根据权利要求3所述的考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，其特征在于：所述基座(1)底部固接有两相对设置的套管(14)，所述套管(14)内穿设滑动有支撑杆(15)，所述支撑杆(15)顶端转动连接有接触头(16)，两所述接触头(16)顶端分别与所述第一l型固定板(4)底端和所述第二l型固定板(5)底端接触。

8.一种考虑层理角度的弱胶结软岩试样制备方法，根据权利要求1-7任意一项所述的考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，其特征在于：制备步骤包括：

9.根据权利要求8所述的考虑层理角度的弱胶结软岩试样制备方法，其特征在于：步骤s1中，对每一层制备材料击实时，向所述容纳盒(7)内置入接触板(8)并接触制备材料表面，提拉击实块(10)至预定高度，松开击实块(10)打击接触板(8)。

10.根据权利要求8所述的考虑层理角度的弱胶结软岩试样制备方法，其特征在于：步骤s4中，试样取土完毕后切割试样上层和下层获得圆柱状弱胶结软岩试样或空心圆柱状弱胶结软岩试样。

技术总结
本发明公开一种考虑层理角度的弱胶结软岩试样制样装置，包括，基座，基座顶端设置有转动端，转动端通过紧固件与基座顶端可拆卸连接；夹持件，固定在转动端顶端，夹持件内可拆卸连接有试样制备件；击实件，设置在试样制备件内且击实件外壁与试样制备件内壁适配，击实件用于击实试样制备件内的土层；角度观察件，具有一固定端和一刻度端，固定端与基座侧壁固接，刻度端与试样制备件侧壁固接，固定端与刻度端对应设置。本发明能够模拟出更符合工程实际的软岩，使其力学特性与内部结构以及破坏形式、破坏规律与实际情况更为接近。

技术研发人员：刘家顺,郑智勇,苏丽娟,贾宝新,金佳旭,朱开新,生彦涛,李军,张振东
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13