一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具和试样制作方法

1.本发明涉及巷道围岩控制技术领域，更具体涉及一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具和试样制作方法。


背景技术：

2.目前，在采矿和岩土工程领域，岩桥在工程岩体中广泛分布，使且其破坏演化过程呈现出很强的渐进性和突发性，此外，岩体内还存在许多不规则的节理面，这些节理面的存在决定了岩体力学性质的非线性、各向异性等，这又使岩体性质具有天然的不确定性，并且关于岩桥与节理面之间相互作用的研究非常匮乏。因此制作更加符合天然岩体的闭合非连续节理成为解决上述问题的基础。由于天然岩石节理裂隙分布比较分散，无法精确获取准确的力学参数，往往需要水泥等可塑性较强的材料来预制类岩石材料，并需要将待测试样制成具有特定节理粗糙度和节理连续度的试样，以对其进行相关试验研究，而此类岩石试样的制备显得尤为重要。
3.目前试件制样模具和方法通常采用降低孔隙开度来近似制作闭合节理，或者采用劈裂方法得到类岩石试样。难以制作具有特定节理粗糙度和节理连续度的闭合节理。这在一定程度上局限了实验的系统研究，同时试样制作模具往往拆卸繁琐，清洗不便。
4.为了解决此类技术问题，本发明提供了一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具和方法。此模具和方法显著体现了其经济高效、操作简便、可批量制作、可精准控制节理粗糙度和节理连续度等特性，对研究含非连续节理的岩石材料特性具有重要价值意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于公开一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具和试样制作方法，有效解决现有试样制作方法中无法制作具有特定节理粗糙度和节理连续度的非贯通闭合粗糙节理岩体的现状，以及利用制作模具制作试样操作过于繁锁的问题，实现了含特定节理粗糙度和节理连续度的非贯通闭合节理类岩石试样的浇筑，有效地提高了试样地准确性和整体性，使操作过程更加简便。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具，包括：
7.壳体，具有一在顶端形成注料口的容纳腔；
8.预制拓板，沿壳体的长度方向放置于所述容纳腔内，并将所述容纳腔的内部空间划分为第一腔室与第二腔室，以在浇筑完成的试样之间形成节理面；
9.其特征在于，所述预制拓板采用3d打印制作为一整体结构，包括：
10.岩桥部，沿所述壳体的宽度方向布置，且将所述第一腔室完全分割为两个子腔室，所述岩桥部朝向所述第二腔室的方向开设有缺口；
11.拓板部，包括第一拓板与第二拓板，所述第一拓板与所述第二拓板均位于所述容纳腔的中线上且沿所述容纳腔的长度方向分布在所述岩桥部的两侧，所述第一拓板与所述第二拓板在靠近所述第二腔室的一侧具有节理面，通过两组所述节理面以在试样的内部形
成不同的节理粗糙度与节理连续度。
12.作为本发明的进一步改进，所述预制拓板能够通过3d打印制作具有不同节理粗糙度和不同节理连续度的节理面。
13.作为本发明的进一步改进，所述缺口内朝向所述第二腔体的一侧设置锯齿状的凸起部。
14.作为本发明的进一步改进，所述壳体包括：
15.底板，两个长侧板与两个宽侧板，以及固定连接件；
16.两个所述长侧板与两个所述宽侧板分别对称间隔固设于所述底板上，并围合形成矩形的容纳腔；
17.所述固定连接件包括：
18.两组连接螺栓，对称布置于所述长侧板的两侧，用于连接固定两个所述长侧板，所述连接螺栓的两端分别穿过两个所述长侧板外端中央开设的螺栓孔，并通过螺母固定；
19.布置于两个所述长侧板外侧顶端中央的第一固定座；
20.布置于所述底板上且位于所述第一固定座下方的第二固定座；
21.连接所述第一固定座与所述第二固定座的转动连接杆；
22.所述转动连接杆呈倒t形，且底端贯穿所述第二固定座并构成转动连接，顶端通过螺母固定在所述第一固定座上。
23.作为本发明的进一步改进，所述底板上沿长度方向开设有间隔并列的两个第一凹槽，所述第一凹槽供所述长侧板的底端嵌入，所述长侧板相对的一侧两端分别开设有第二凹槽，所述第二凹槽供所述宽侧板的侧端嵌入。
24.作为本发明的进一步改进，还包括定位结构，用于在对第二腔室浇筑过程中，对预制拓板进行限位固定。
25.作为本发明的进一步改进，所述定位结构为四个支撑腿，布置于所述第一腔室内，分别固设于所述预制拓板的四个边角与壳体之间，用于对预制拓板起到宽度方向的支撑。
26.本发明还公开基于一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具进行非贯通闭合粗糙节理试样制作的方法，包括以下步骤：
27.s1，将事先准备好的水泥砂浆浇注在所述第二腔室内，待试块凝固成型后，取出预制拓板，并在试块的节理面上涂抹具有隔水性的红色合成树脂乳液涂料，完成试样的第一部分；
28.s2，向壳体内的剩余空间浇筑水泥砂浆，使试样形成预定的尺寸，待凝固硬化后脱模，完成试样的第二部分；
29.s3，将试样放入恒温恒湿养护箱标准养护，打磨平整后制备完成。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.(1)一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具，采用3d打印的方式制作具有特定节理粗糙度和节理连续度的节理面，有效地解决了由劈裂产生的节理面无法量化和复制的问题，与现有技术相比，该技术在实验室内实现了对更贴近自然状态的岩体结构的复制，使试验结果更能反应工程岩体真实受力状态和破坏过程。
32.(2)岩桥部的缺口内朝向第二腔体的一侧设置锯齿状的凸起部，保证了在对试样进行试验的过程中，试样对应凸起部所在的端部不会发生滑移，对试样造成破坏，避免试验
数据受到影响。
33.(3)该试样制作方法，采用两次浇筑的方式，实现了节理面完全闭合且兼具节理粗糙度和节理连续度的问题，由于两次浇筑中试样依靠于长侧板，宽侧板以及底板上，保证了试样制作的平整度，避免了试验过程中由于不平整出现偏压现象而影响试验结果，能够更好的模拟自然状态下恒定法向载荷的应力状态。
34.(4)由于第一部分浇筑完成后在节理面涂抹了具有隔水性的红色合成树脂乳液涂料，保证了第二部分在浇筑后不会与第一部分的节理面发生胶结，从而保证了节理面的强度完全是由节理面的粗糙凹凸体所提供的，去处了节理面发生胶结所产生的粘聚力的影响。
35.(5)该模具各部分可完全拆卸分离，组装使用方便，有利于清洗和保存。
附图说明
36.图1为本发明一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具的立体图；
37.图2为本发明一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具中预制拓板的立体图；
38.图3为本发明非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具的不同节理粗糙度和不同节理连续度的拓板俯视图，表明可根据试验方案，制作不同粗糙度和连续度的拓板，其中，jrc代表节理粗糙度，k代表节理连续度。
39.图中：1、底板；2、长侧板；3、宽侧板；4、连接螺栓；5、转动连接杆；6、第二固定座；7、第一固定座；8、螺母；9、预制拓板；10、支撑腿；91、节理面；92、岩桥部；911、第一拓板；912、第二拓板；920、缺口；921、凸起部。
具体实施方式
40.下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
41.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
43.请参图1至图3所示出的本发明一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具的一种具体实施方式。
44.参图1所示，一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具，包括：壳体，壳体具有一在顶端形成注料口的容纳腔；壳体包括：底板1，两个长侧板2与两个宽侧板3，以及固定连接件；两个长侧板2与两个宽侧板3分别对称间隔固设于底板1上，并围合形成矩形的容纳腔；底板1上沿长度方向开设有间隔并列的两个第一凹槽，第一凹槽供长侧板2的底端嵌入，长侧板2相对的一侧两端分别开设有第二凹槽，第二凹槽供宽侧板3的侧端嵌入。
45.固定连接件包括：两组连接螺栓4，对称布置于长侧板2的两侧，用于连接固定两个
长侧板2，连接螺栓4的两端分别穿过两个长侧板2外端中央开设的螺栓孔，并通过螺母8固定；布置于两个长侧板2外侧顶端中央的第一固定座7；布置于底板1上且位于第一固定座7下方的第二固定座6；连接第一固定座7与第二固定座6的转动连接杆5；转动连接杆5呈倒t形，且底端贯穿第二固定座6并构成转动连接，顶端通过螺母8固定在第一固定座7上。第二固定座6并联设置有两个，且同轴向开设贯穿孔，将转动连接杆5穿过两个第二固定座6上的贯穿孔，并通过在两端设置固定螺栓，同时将转动连接杆5的顶端与第一固定座7相连，拧紧螺母8，完成壳体的制作。
46.参图2所示，预制拓板9，沿壳体的长度方向放置于容纳腔内，并将容纳腔的内部空间划分为第一腔室与第二腔室，以在浇筑完成的试样之间形成节理面91；预制拓板9采用3d打印制作为一整体结构，包括：岩桥部92，沿壳体的宽度方向布置，且将第一腔室完全分割为两个子腔室，岩桥部92朝向第二腔室的方向开设有缺口920；拓板部，包括第一拓板911与第二拓板912，第一拓板911与第二拓板912均位于容纳腔的中线上且沿容纳腔的长度方向分布在岩桥部92的两侧，第一拓板911与第二拓板912在靠近第二腔室的一侧具有节理面91，通过两组节理面91以在试样的内部形成不同的节理粗糙度与节理连续度。
47.以及支撑腿10，布置于第一腔室内，固设于预制拓板9的四个边角与壳体之间，用于对预制拓板9起到宽度方向的支撑。预制拓板9能够通过3d打印制作具有不同节理粗糙度和不同节理连续度的节理面91，参图3所示。节理连续度：节理的长度/总长度，是通过改变中间岩桥部92的长度来实现连续度改变的。缺口920内朝向第二腔体的一侧设置锯齿状的凸起部921。
48.本发明还公开基于一种非贯通闭合粗糙节理试样的制作模具进行非贯通闭合粗糙节理试样制作的方法，包括以下步骤：s1，将事先准备好的水泥砂浆浇注在第二腔室内，待试块凝固成型后，取出预制拓板9，并在试块的节理面91上涂抹具有隔水性的红色合成树脂乳液涂料，完成试样的第一部分；s2，向壳体内的剩余空间浇筑水泥砂浆，使试样形成预定的尺寸，待凝固硬化后脱模，完成试样的第二部分；s3，将试样放入恒温恒湿养护箱标准养护，打磨平整后制备完成。
49.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。