CN104181025A - 一种类岩石试样中预置单裂隙的定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种类岩石试样中预置单裂隙的定位装置。包括塑料模具、椭圆形薄铁片、电磁铁、可变电压控制装置，其特征在于：所述的塑料模具包括四个侧板和上下底板，所述的椭圆形薄铁片在塑料模具内部，所述的电磁铁通电后可对椭圆形薄铁片产生磁作用力，所述的可变电压控制装置可以调节电磁铁产生磁作用力的大小，通过控制电磁铁的位置和角度对椭圆形薄铁片进行定位。本发明保证了预置裂隙过程中裂隙定位的准确性和对周围材料的无损性；可针对不同形状、不同尺寸的各种岩石裂隙的模拟；应用范围广。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种类岩石试样中预置单裂隙的定位装置。
背景技术
21世纪是地下工程的世纪，国内外地下水电站、大型矿山巷道、地下铁道、过江隧道、地下石油储备洞库等，都在大规模兴建，岩石力学研究重点日益转入地下。在地下工程建设中，裂隙岩体广泛存在，节理、裂隙等的稳定性在一定程度上对整个地下工程的岩体结构的安全性具有至关重要的作用。岩体裂隙分布的随机性、形态的多样性、分布的不均匀性和空间组合的复杂性，使得工程存在失稳的风险。为有效地评价裂隙岩体的工程稳定性，需要开展含裂隙的岩石试样的力学试验研究，以有效揭示裂隙岩石的力学变形特性与破坏规律。
目前国内外在类岩石试样内置单裂隙的制作方面，一般采用预埋椭圆形的塑料薄片或铝片的方式解决。而对预置裂隙的定位方面，主要采用细棉线将其固定在模具内进行定位。虽然一般不考虑细棉线对岩样的影响，但其不可避免的会影响到试样的均质性和连续性，进而影响试验结果的准确性。
目前国内相关内置裂隙的定位方法研究现状如下：
1、《三维裂隙组扩展及贯通过程的试验研究》一文介绍了一种采用椭圆状薄铝片模拟原生裂隙的方法(参见《岩石力学与工程学报》2008年增1期，作者郭彦双，等)，其中薄铝片用细线固定进行定位，但是细线会影响到试样的均质性和连续性；
2、《压剪条件下预埋椭圆裂纹三维扩展实验研究》一文介绍了一种采用聚酯薄膜构造内部裂隙的方法(参见《固体力学学报》2011年第1期，作者：郭彦双，等)，该方法采用细棉线悬吊法将裂隙固定在模具内，同样细线会影响到试样的均质性和连续性。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种类岩石试样中预置单裂隙的定位装置。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种类岩石试样中预置单裂隙的定位装置，包括塑料模具、椭圆形薄铁片、电磁铁、可变电压控制装置，其特征在于：所述的塑料模具包括四个侧板和上下底板，所述的椭圆形薄铁片在塑料模具内部，所述的电磁铁通电后可对椭圆形薄铁片产生磁作用力，所述的可变电压控制装置可以调节电磁铁产生磁作用力的大小，通过控制电磁铁的位置和角度对椭圆形薄铁片进行定位。
在所述的塑料模具侧板与底板交线上设置有长度标尺，长度标尺的零点设于每块侧板的左侧交线上，在塑料模板侧板中心设置有角度标尺，标注范围为0－180度。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、保证了预置裂隙过程中裂隙定位的准确性和对周围材料的无损性，保证了类岩石材料的均匀性、连续性；
2、可针对不同形状、不同尺寸的各种岩石裂隙的模拟，具备应用范围广泛的优点；
3、该发明方法可广泛应用于水电、交通、能源、矿山等领域的裂隙岩体力学性能研究，应用领域广泛。
附图说明
图1为一种类岩石试样中预置单裂隙的定位装置结构示意图。
图2为本发明中侧板上的长度、角度标尺示意图。
图中，1.塑料模具侧板，2.塑料模具底板，3.椭圆形薄铁片，4.电磁铁，5.可变电压控制装置，6.电源开关，7.长度标尺，8.角度标尺。
具体实施方式
下面结合附图和实施例子对本发明进一步说明。
如图1或2所示，一种类岩石试样中预置单裂隙的定位装置，包括1.塑料模具侧板，2.塑料模具底板，3.椭圆形薄铁片，4.电磁铁，5.可变电压控制装置，6.电源开关，7.长度标尺，8.角度标尺。
椭圆形薄铁片2置于塑料模具内部，塑料模具侧板1、底板2可封装成封闭空间。电磁铁4与可变电压控制装置5相连并可接通电源，通过调节可变电压控制装置5可调节电磁铁4产生磁力的大小。
所述的塑料模具侧板为5mm厚的高强塑料板，高140mm，宽70mm。侧板下底边和左侧边上标有长度标尺，可用于预置裂隙的空间位置定位，侧板中心位置有角度标尺，可用于预置裂隙的空间角度定位，标尺范围为0－180度。
所述的椭圆形薄铁片尺寸为20mm×10mm，厚0.2mm。
预置裂隙类岩石试样制作步骤如下：
1、将塑料模具侧板与下底板连接固定，并将椭圆形薄铁片置于内部；
2、配制砂浆材料，以模拟岩石材料，具体方法如下：
砂浆材料由525#快硬水泥、粒径0-4mm的石英砂和水配制而成，材料的重量配比为：水：水泥：砂＝1：1.2～2.5：6.0～6.8，按照配比比例准备好砂浆原材料；
砂浆原材料的用量根据所模拟岩石材料确定；例如：制作一个100mm×100mm×200mm的试样约需要0.8千克水、1千克水泥、5千克石英砂；
3、将电磁铁4与可变电压控制装置5相连并可接通电源6，对椭圆形薄铁片产生磁力作用，调整电压大小及电磁铁位置，使椭圆形薄铁片在磁力作用下位于塑料模具的中心位置；
4、2个电磁铁以塑料模具的中心对称布置，并且同时旋转可调节椭圆形薄铁片至预定角度，调节时可参照塑料模具侧板上的长度标尺7和角度标尺8；
5、调节到位后，二次加大电压使磁力加大防止与砂浆混合振动时薄铁片错位；
6、将整套装置相对位置固定，然后置于振动台，开启振动台，将拌和好的砂浆材料分层放入塑料模具内，振动180s以保证砂浆均匀密实，气泡充分溢出，盖上上底板并将上底板与侧板固定；
7、将试样连同成型模具在室温下养护24小时后，砂浆硬化，将成型模具拆除；
8、恒温恒湿养护试样，具体方法如下：
将试样放入恒温恒湿养护箱养护28天，养护条件为温度20±2℃、相对湿度95％以上。
Claims (2)
1.一种类岩石试样中预置单裂隙的定位装置，包括塑料模具、椭圆形薄铁片、电磁铁、可变电压控制装置，其特征在于：所述的塑料模具包括四个侧板和上下底板，所述的椭圆形薄铁片在塑料模具内部，所述的电磁铁通电后可对椭圆形薄铁片产生磁作用力，所述的可变电压控制装置可以调节电磁铁产生磁作用力的大小，通过控制电磁铁的位置和角度对椭圆形薄铁片进行定位。
2.根据权利要求1所述的一种类岩石试样中预置单裂隙的定位装置，其特征在于，在所述的塑料模具侧板与底板交线上设置有长度标尺，长度标尺的零点设于每块侧板的左侧交线上，在塑料模板侧板中心设置有角度标尺，标注范围为0－180度。
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