申请/专利权人：中国地质大学(武汉)

申请日：2017-11-07

公开（公告）日：2024-05-10

公开（公告）号：CN107817147B

主分类号：G01N1/28

分类号：G01N1/28

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.10#授权;2018.04.13#实质审查的生效;2018.03.20#公开

摘要：本发明提供一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，包括装载箱、切割台、钢丝切具和钢片管切具，所述切割台包括垫板和转动架，所述垫板与转动架转动连接，所述装载箱放置于垫板上，所述钢丝切具独立放置，所述钢片管切具与转动架连接，所述转动架转动带动钢片管切具转动，所述钢丝切具包括若干根钢丝，所述钢片管切具包括若干根钢片管，所述钢片管为中空结构，所述装载箱内放置模拟岩土体的相似材料，所述钢丝切具通过钢丝切割相似材料以制备同性节理面，所述钢片管切具通过钢片管切割相似材料，所述相似材料被钢片管切割后产生若干空缺处，在所述空缺处内浇筑另外一种相似材料，位于装载箱内的两种不同的相似材料构成异性节理面。

主权项：1.一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，包括装载箱、切割台、钢丝切具和钢片管切具，所述切割台包括垫板和转动架，所述垫板与转动架转动连接，所述装载箱放置于垫板上，所述钢丝切具独立放置，所述钢片管切具与转动架连接，所述转动架转动带动钢片管切具转动，所述钢丝切具包括若干根钢丝，所述钢片管切具包括若干根钢片管，所述钢片管为中空结构，所述装载箱内放置模拟岩土体的相似材料，所述钢丝切具通过钢丝切割相似材料以制备同性节理面，所述钢片管切具通过钢片管切割相似材料，所述相似材料被钢片管切割后产生若干空缺处，在所述空缺处内浇筑另外一种相似材料，位于装载箱内的两种不同的相似材料构成异性节理面；所述垫板内开有若干等间距的容置槽，所述容置槽包括位于上部的狭槽和位于狭槽下部的圆槽，所述钢丝的一端固定连接一钢球，所述钢球的直径小于所述圆槽的宽度而可在其中滑动，所述钢球的直径大于所述狭槽的宽度，所述钢丝的直径小于所述狭槽的宽度，所述钢球放置在所述容置槽的圆槽中，所述相似材料放置于所述垫板上，所述钢丝的另一端被拉动而从所述容置槽的狭槽中抽出而切割对应位置处的相似材料；所述装载箱包括底板,所述底板上设有若干排长缝，相邻的长缝之间的距离与相邻的狭槽之间的距离相等，所述长缝的宽度大于所述钢丝的宽度，所述钢丝被拉动而依次从所述狭槽和长缝中抽出而切割对应位置处的相似材料；所述装载箱还包括一组钢板和一组钢片，所述底板、钢板和钢片构成一个上部开口的容纳空间，所述容纳空间用以放置模拟岩土体的相似材料，相邻的钢板和钢片之间通过第一螺栓连接，所述底板上还设有若干第一螺栓孔和若干第一小孔，所述钢板上设有若干第二螺栓孔，通过在第一螺栓孔和第二螺栓孔内插入第二螺栓将钢板与底板连接，所述钢片与底板之间设有连接条，所述连接条上设有若干第三螺栓孔和若干第二小孔，所述钢片上设有若干第四螺栓孔，通过在第三螺栓孔和第四螺栓孔内插入第三螺栓将连接条与钢片连接，通过在第一小孔和第二小孔内插入插栓将连接条与底板连接，所述钢丝切具和钢片管切具切割相似材料时，所述钢片和连接条被拆卸。

全文数据：一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置技术领域[0001]本发明涉及地质工程岩土体材料试验技术领域，尤其涉及一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置。背景技术[0002]岩土体为岩体、土体及其混合物的统称，岩土体不仅是地质工程领域最常见的一类地质体，也是地质工程领域研宄的主体。岩土体的力学性质对岩土体的稳定性有着重要影响，岩土体失稳容易引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，给人民的生命财产安全造成严重威胁。因此，研究岩土体的相关力学性质在地质灾害防治方面具有重要意义。[0003]节理是岩土体受力断裂后两侧未出现明显位移的一种断裂构造，节理面是该断裂构造的内部延伸。影响岩土体力学性质的因素主要包括岩土体内部结构与外界环境。岩土体节理面对岩土体的内部结构有着重要影响，有关岩土体节理面对岩土体稳定性影响的研宄受到众多学者的关注。[0004]限于地质条件与技术条件，在一些工程实践中不能对岩土体进行现场取样，需按照一定的相似原则制备相似材料以模拟岩土体进行相关性质的研宄。现有技术中制备岩土体相似材料的方法较多，但往往缺乏对岩土体内部结构的考虑，未能全面地表现出岩土体节理面，尤其是天然状态下岩土体的同性节理面与异性节理面，从而忽略了岩土体节理面对岩土体力学性质的影响，无法对岩土体的稳定性作出准确的评价。发明内容[0005]有鉴于此，本发明提供了一种能够制备岩土体的同性节理面与异性节理面的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置。[0006]本发明提供一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，包括装载箱、切割台、钢丝切具和钢片管切具，所述切割台包括垫板和转动架，所述垫板与转动架转动连接，所述装载箱放置于垫板上，所述钢丝切具独立放置，所述钢片管切具与转动架连接，所述转动架转动带动钢片管切具转动，所述钢丝切具包括若干根钢丝，所述钢片管切具包括若干根钢片管，所述钢片管为中空结构，所述装载箱内放置模拟岩土体的相似材料，所述钢丝切具通过钢丝切割相似材料以制备同性节理面，所述钢片管切具通过钢片管切割相似材料，所述相似材料被钢片管切割后产生若干空缺处，在所述空缺处内浇筑另外一种相似材料，位于装载箱内的两种不同的相似材料构成异性节理面。[0007]进一步地，所述垫板内开有若干等间距的容置槽，所述容置槽包括位于上部的狭槽和位于狭槽下部的圆槽，所述钢丝的一端固定连接一钢球，所述钢球的直径小于所述圆槽的宽度而可在其中滑动，所述钢球的直径大于所述狭槽的宽度，所述钢丝的直径小于所述狭槽的宽度，所述钢球放置在所述容置槽的圆槽中，所述相似材料放置于所述垫板上，所述钢丝的另一端被拉动而从所述容置槽的狭槽中抽出而切割对应位置处的相似材料。[0008]进一步地，所述装载箱包括底板,所述底板上设有若干排长缝，相邻的长缝之间的距离与相邻的狭槽之间的距离相等，所述长缝的宽度大于所述钢丝的宽度，所述钢丝被拉动而依次从所述狭槽和长缝中抽出而切割对应位置处的相似材料。[0009]进一步地，所述装载箱还包括一组钢板和一组钢片，所述底板、钢板和钢片构成一个上部开口的容纳空间，所述容纳空间用以放置模拟岩土体的相似材料，相邻的钢板和钢片之间通过第一螺栓连接，所述底板上还设有若干第一螺栓孔和若干第一小孔，所述钢板上设有若干第二螺栓孔，通过在第一螺栓孔和第二螺栓孔内插入第二螺栓将钢板与底板连接，所述钢片与底板之间设有连接条，所述连接条上设有若干第三螺栓孔和若千第二小孔，所述钢片上设有若干第四螺栓孔，通过在第三螺栓孔和第四螺栓孔内插入第三螺栓将连接条与钢片连接，通过在第一小孔和第二小孔内插入插栓将连接条与底板连接，所述钢丝切具和钢片管切具切割相似材料时，所述钢片和连接条被拆卸。[0010]进一步地，所述转动架包括横梁、两根内梁和两根外梁，所述横梁和外梁通过第四螺栓连接，所述内梁的两端设有第五螺栓孔，所述外梁上开有第二限位孔，所述第二限位孔内插入与第五螺栓孔匹配连接的第五螺栓，所述第五螺栓在第二限位孔内的位置限定了内梁与外梁的连接位置。[0011]进一步地，所述垫板的侧面设有延伸架，所述延伸架上开有第一限位孔，所述外梁的后端设有第七螺栓孔，所述第一限位孔内插入与第七螺栓孔匹配连接的第六螺栓，所述第六螺栓在第一限位孔内的位置限定了转动架与垫板的连接位置。[0012]进一步地，所述内梁的中间设有第六螺栓孔，所述钢片管上设有第八螺栓孔，通过在第六螺栓孔和第八螺栓孔内插入第七螺栓将钢片管与内梁连接。[0013]进一步地，所述横梁上设有第三手柄，通过手持第三手柄移动转动架。[0014]进一步地，所述钢丝切具还包括悬挂板和若干悬挂环，所述悬挂环包括挂绳部和环部，所述挂绳部与悬挂板的下端连接，所述环部与钢丝的另一端可拆卸连接。[0015]进一步地，所述垫板的侧面标记有若干个边界点，通过所述边界点可以标注切割范围，所述悬挂板的上端设有第一手柄，通过手持第一手柄转动悬挂板，所述垫板的侧面设有第二手柄，通过手持第二手柄移动垫板，所述钢片管上设有第四手柄，通过手持第四手柄移动钢片管。[0016]本发明提供的技术方案带来的有益效果是：[0017]1•本发明提供的制备装置结构简单、操作简便，可适配，制作成本较低，适用材料范围广，操作过程无噪音污染；[0018]2•本发明提供的制备装置能够根据实际岩土体的节理面形态制备模拟实际岩土体节理面的同性节理面和异性节理面，从而为岩土体的稳定性评价提供依据；[0019]3•本发明提供的制备装置利用钢丝切割相似材料，切割过程连续，能够得到一次成型的同性节理面，有效地减少了切具对相似材料内部的干扰；[0020]4•本发明提供的制备装置可根据实际岩土体节理面的形态作相应调整，获得的同性节理面和异性节理面能够较为真实地反映岩土体的内部结构。附图说明[0021]图1是本发明一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置的结构示意图。[0022]图2是本发明一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置的装载箱的结构示意图。[0023]图3是本发明一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置的装载箱的底板的结构不意图。[0024]图4是本发明利用钢丝切具切割相似材料的过程示意图。[0025]图5是本发明一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置的钢片管切具的结构示意图。[0026]图6是本发明利用钢片管切具制备得到异性节理面的示意图。具体实施方式[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。[0028]请参考图1，本发明的实施例提供了一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其包括装载箱1、切割台2、钢丝切具3和钢片管切具4,装载箱1用以放置模拟岩土体的相似材料5,切割台2包括垫板21和转动架22,垫板21与转动架22转动连接，装载箱1放置于垫板21上，钢丝切具3独立放置，钢片管切具4与转动架22连接，转动架22转动带动钢片管切具4转动，钢丝切具3用以切割相似材料5制备同性节理面，钢片管切具4用以切割相似材料5制备异性节理面。[0029]钢丝切具3包括悬挂板31、若干悬挂环32和若干根钢丝33,钢丝33的一端固定连接一钢球（图中未示），悬挂环32包括挂绳部321和环部322,挂绳部321与悬挂板31的下端连接，环部322与钢丝33的另一端可拆卸连接，悬挂板31的上端设有第一手柄311，通过第一手柄311能够方便地转动悬挂板31，在钢丝33的移动过程中，钢球与第一手柄311配合可保证钢丝33为定向移动。[0030]参考图1、图2和图3,装载箱1包括底板11、一组钢板12和一组钢片13,底板11、钢板12和钢片I3构成一个上部开口的容纳空间14,容纳空间14用以放置模拟岩土体的相似材料5,底板11上设有若干排长缝111、若千第一螺栓孔112和若干第一小孔113,长缝111的宽度大于钢丝33的宽度，相邻的钢板12和钢片I3之间通过第一螺栓15连接，钢板12上设有若干第二螺栓孔，通过在第一螺栓孔112和第二螺栓孔内插入第二螺栓1121将钢板12与底板11连接，钢片13与底板11之间设有连接条I6,连接条16上设有若干第三螺栓孔161和若干第二小孔，钢片13上设有若干第四螺栓孔，通过在第三螺栓孔161和第四螺栓孔内插入第三螺栓1611将连接条16与钢片13连接，通过在第一小孔113和第二小孔内插入插栓17将连接条16与底板11连接，第二小孔的外侧设有插栓垫板171，插栓垫板171可保证连接条16与底板11紧固连接，通过插栓I7将连接条16与底板11连接，有利于在钢丝切具3和钢片管切具4切割相似材料5的过程中，将钢片13和连接条16快速拆卸。[0031]切割台2的垫板21内开有若干等间距的容置槽23,容置槽23包括位于上部的狭槽231和位于狭槽231下部的圆槽232,圆槽232的宽度大于钢球的直径使得钢球可在圆槽232内滑动，狭槽231的宽度小于钢球的直径，狭槽231的宽度大于钢丝33的直径，将钢球放置在圆槽232中，垫板21的侧面设有第二手柄25和延伸架26,通过第二手柄25能够方便地移动垫板21，垫板21的侧面标记有若干个边界点27,通过边界点27可以标注切割范围，延伸架26上开有第一限位孔261，第一限位孔261内插入第六螺栓24。[0032]为了能够使钢丝33顺利切割，相邻的狭槽231之间的距离与相邻的长缝m之间的距离相等，一实施例中，将相似材料5放置在垫板21上，钢丝33被拉动而依次从狭槽231和长缝111中抽出而切割对应位置处的相似材料5。[0033]切割台2的转动架22包括横梁221、两根内梁222和两根外梁223,横梁221和外梁223通过第四螺栓2212连接，横梁221上设有第三手柄2211，通过第三手柄2211可以方便地移动转动架22，内梁222的两端设有第五螺栓孔，内梁222的中间设有第六螺栓孔，外梁223上开有第二限位孔2231，第二限位孔22：31内插入第五螺栓224,第五螺栓224与第五螺栓孔匹配连接，第五螺栓224在第二限位孔2231内的位置限定了内梁222与外梁223的连接位置，外梁223的后端设有第七螺栓孔，第七螺栓孔与插入第一限位孔26丨内的第六螺栓24匹配连接，第六螺栓24在第一限位孔261内的位置限定了转动架22与垫板21的连接位置。[0034]钢片管切具4包括若干根钢片管41，钢片管41为中空结构，钢片管41上设有第八螺栓孔，通过在第六螺栓孔和第八螺栓孔内插入第七螺栓42将钢片管41与内梁222连接，为了避免切割过程中内梁222和螺栓42干扰相似材料，钢片管41的两端与内梁222之间的距离均应不小于5Cm，钢片管41上设有第四手柄幻，通过第四手柄43能够方便地移动钢片管41。[0035]利用上述制备装置切割相似材料5前需对制备装置进行调试，调试过程为将装载箱1的底板11放置在切割台2的垫板21的切割范围内，使底板11上的长缝ill与垫板21上的狭槽231重合，然后手持第一手柄311拉动钢丝33空切一次，可以保证长缝111、狭槽231和圆槽232无堵塞;手持第三手柄2211使转动架22转动至与切割台2的垫板21水平闭合，调整钢片管41的数量以满足实验要求，调整第六螺栓24在第一限位孔261内的位置以保证钢片管41的底面与底板11的上端重合，调整第五螺栓224在第二限位孔2231内的位置以确定钢片管切具4的切割边界，并通过边界点27进行标记。[0036]参考图4,一实施例中，利用上述制备装置切割相似材料5以制备岩土体的同性节理面时，首先在装载箱1内放置一种已达到非塑性流动状态的满足实验要求的相似材料5并将其振动压实，然后将装载箱1放置在切割台2的垫板21的切割范围内，使底板11上的长缝111与垫板21上的狭槽231重合，拆卸并移除装载箱丨的一组钢片13及连接条16,手持第一手柄311拉动钢丝33使其依次从狭槽231和长缝111抽出直至完成对相似材料5的切割，在钢丝33的切割过程中，钢球沿着圆槽2：32滑动，切割过程结束后，将装载箱丨的一组钢片13及连接条I6重新组装在装载箱1上，根据相应规范养护，得到成型后的同性节理面;在实验过程中，根据实际岩土体节理面的间距与形态，通过改变钢丝33之间的间距可以实现制备非等间距的同性节理面，通过改变钢丝33的切割角度可以实现制备不同倾向、倾角的同性节理面。[0037]参考图5和图6,一实施例中，利用上述制备装置切割相似材料5以制备岩土体的异性节理面时，首先在装载箱1内放置一种已达到非塑性流动状态的满足实验要求的相似材料5并将其振动压实，然后将装载箱1放置在切割台2的垫板21的切割范围内，拆卸并移除装载箱1的一组钢片13及连接条16,手持第三手柄2211拉动转动架22向切割台2的垫板21方向转动，钢片管41接触并切割相似材料5直至钢片管41的底端与底板u的上端重合，将第七螺栓42抒下，反向转动转动架22将转动架22搁置在地面上，钢片管41被留在底板丨丨上，手持第四手柄43将钢片管41沿垫板21的水平方向缓慢拉出，相似材料5被钢片管41切割后产生若千空缺处，将装载箱1的钢片13和连接条16重新组装，然后在相似材料5内的空缺处浇筑另一种不同的相似材料6,两种相似材料的高度应保持一致，轻微振动并压实后，根据相应规枢养护相似材料，得到成型后的异性节理面;在实验过程中，根据岩土体节理面的间距与形态，通过改变钢片管41之间的间距可以实现制备非等间距的异性节理面，通过改变钢片管41的截面积可以实现制备曲面的异性节理面。[0038]本发明提供的制备装置结构简单、操作简便，可适配，制作成本较低，适用材料范围广，操作过程无噪音污染;本发明提供的制备装置能够根据实际岩土体的节理面形态制备模拟实际岩土体节理面的同性节理面和异性节理面，从而为岩土体的稳定性评价提供依据;本发明提供的制备装置利用钢丝33切割相似材料5，切割过程连续，能够得到一次成型的同性节理面，有效地减少了切具对相似材料5内部的干扰;本发明提供的制备装置可根据实际岩土体节理面的形态作相应调整，获得的同性节理面和异性节理面能够较为真实地反映岩土体的内部结构。[0039]在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。[0040]在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。[0041]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，包括装载箱、切割台、钢丝切具和钢片管切具，所述切割台包括垫板和转动架，所述垫板与转动架转动连接，所述装载箱放置于垫板上，所述钢丝切具独立放置，所述钢片管切具与转动架连接，所述转动架转动带动钢片管切具转动，所述钢丝切具包括若千根钢丝，所述钢片管切具包括若干根钢片管，所述钢片管为中空结构，所述装载箱内放置模拟岩土体的相似材料，所述钢丝切具通过钢丝切割相似材料以制备同性节理面，所述钢片管切具通过钢片管切割相似材料，所述相似材料被钢片管切割后产生若干空缺处，在所述空缺处内浇筑另外一种相似材料，位于装载箱内的两种不同的相似材料构成异性节理面。2.如权利要求1所述的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，所述垫板内开有若干等间距的容置槽，所述容置槽包括位于上部的狭槽和位于狭槽下部的圆槽，所述钢丝的一端固定连接一钢球，所述钢球的直径小于所述圆槽的宽度而可在其中滑动，所述钢球的直径大于所述狭槽的宽度，所述钢丝的直径小于所述狭槽的宽度，所述钢球放置在所述容置槽的圆槽中，所述相似材料放置于所述垫板上，所述钢丝的另一端被拉动而从所述容置槽的狭槽中抽出而切割对应位置处的相似材料。3.如权利要求2所述的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，所述装载箱包括底板，所述底板上设有若干排长缝，相邻的长缝之间的距离与相邻的狭槽之间的距离相等，所述长缝的宽度大于所述钢丝的宽度，所述钢丝被拉动而依次从所述狭槽和长缝中抽出而切割对应位置处的相似材料。4.如权利要求3所述的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，所述装载箱还包括一组钢板和一组钢片，所述底板、钢板和钢片构成一个上部开口的容纳空间，所述容纳空间用以放置模拟岩土体的相似材料，相邻的钢板和钢片之间通过第一螺栓连接，所述底板上还设有若干第一螺栓孔和若干第一小孔，所述钢板上设有若干第二螺栓孔，通过在第一螺栓孔和第二螺栓孔内插入第二螺栓将钢板与底板连接，所述钢片与底板之间设有连接条，所述连接条上设有若干第三螺栓孔和若干第二小孔，所述钢片上设有若干第四螺栓孔，通过在第三螺栓孔和第四螺栓孔内插入第三螺栓将连接条与钢片连接，通过在第一小孔和第二小孔内插入插栓将连接条与底板连接，所述钢丝切具和钢片管切具切割相似材料时，所述钢片和连接条被拆卸。5.如权利要求1所述的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，所述转动架包括横梁、两根内梁和两根外梁，所述横梁和外梁通过第四螺栓连接，所述内梁的两端设有第五螺栓孔，所述外梁上开有第二限位孔，所述第二限位孔内插入与第五螺栓孔匹配连接的第五螺栓，所述第五螺栓在第二限位孔内的位置限定了内梁与外梁的连接位置。6.如权利要求5所述的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，所述垫板的侧面设有延伸架，所述延伸架上开有第一限位孔，所述外梁的后端设有第七螺栓孔，所述第一限位孔内插入与第七螺栓孔匹配连接的第六螺栓，所述第六螺栓在第一限位孔内的位置限定了转动架与垫板的连接位置。7.如权利要求5所述的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，所述内梁的中间设有第六螺栓孔，所述钢片管上设有第八螺栓孔，通过在第六螺栓孔和第八螺栓孔内插入第七螺栓将钢片管与内梁连接。8.如权利要求5所述的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，所述横梁上设有第三手柄，通过手持第二手柄移动转动架。9.如权利要求2所述的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，所述钢丝切具还包括悬挂板和若干悬挂环，所述悬挂环包括挂绳部和环部，所述挂绳部与悬挂板的下端连接，所述环部与钢丝的另一端可拆卸连接。10.如权利要求1所述的模拟岩土体节理面的相似材料制备装置，其特征在于，所述垫板的侧面标记有若千个边界点，通过所述边界点可以标注切割范围，所述悬挂板的上端设有第一手柄，通过手持第一手柄转动悬挂板，所述垫板的侧面设有第二手柄，通过手持第二手柄移动垫板，所述钢片管上设有第四手柄，通过手持第四手柄移动钢片管。

百度查询： 中国地质大学(武汉) 一种模拟岩土体节理面的相似材料制备装置

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