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专利名称：含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110433218.6

专利申请（专利权）人：海南大学
权利人地址：海南省海口市人民大道58号

专利发明（设计）人：崔洁,李平,张友良,李肖,路平,谢朋

专利摘要：本发明涉及了含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法，包括试样制备盒；试样制备盒的上方设有前后移动架；前后移动架的顶侧设有左右移动机构；左右移动机构上设有升降机构；升降机构的升降端底侧固定有旋转机构，旋转机构的转动端底侧固定有节理导向片；节理导向片与试样制备盒对应；前后移动架、左右移动机构、旋转机构、升降机构用于控制节理导向片在试样制备盒的位置及方位。本发明提供了含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法，可制备非贯通张开节理和填充节理；也可制备完全闭合的非贯通节理，且节理面形态可控、无胶结；保证了试验结果对比的有效性和准确性。

主权利要求：
1.含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，其特征在于：采用制备装置并配合速凝剂注入盒进行制备；
制备装置包括试样制备盒；所述试样制备盒的上方设置有前后移动架；前后移动架的顶侧设置有左右移动机构；所述左右移动机构上设置有升降机构；所述升降机构的升降端底侧固定有旋转机构，旋转机构的转动端底侧固定有节理导向片；所述节理导向片与试样制备盒对应；所述前后移动架和左右移动机构用于控制节理导向片在试样制备盒的前后左右的位置，所述旋转机构用于控制节理导向片的角度方位；所述升降机构用于控制节理导向片的升降；
制备方法包括含非贯通张开节理和填充节理相似材料试样的制备方法；具体按以下步骤进行：
S1、将所述的制备装置安装好后，根据目标非贯通节理的位置和方位，通过前后移动架、左右移动机构、升降机构调整节理导向片至目标位置，通过旋转机构调整节理导向片至目标方位，使节理导向片与试样制备盒内的目标非贯通节理的位置和方位重合，然后，锁定节理导向片；
S2、通过升降机构，将节理导向片升起；
S3、在试样制备盒的内壁和节理导向片的表面涂抹润滑剂；
S4、将相似材料浇筑到试样制备盒中，并对试样制备盒进行振动，使相似材料均匀充填在试样制备盒中且表面平整；
S5、将速凝剂注入盒的表面涂抹润滑剂，并在目标非贯通节理的位置竖直插入处于流塑状态的相似材料中；然后，向速凝剂注入盒中注入速凝剂，速凝剂注入盒将速凝剂分散至相似材料与速凝剂注入盒接触的表面，使此表面的相似材料凝固，形成固化成型的节理面；
S6、将速凝剂注入盒从相似材料中缓慢均匀地抽出，并启动升降机构，将节理导向片插入至速凝剂注入盒拨出后形成的空隙中；
S7、再次对试样制备盒进行振动，使相似材料均匀扩散，填满节理导向片周围的空隙；
S8、待相似材料完全凝固后，启动升降机构，将节理导向片竖直向上匀速拔出，然后，拆开制样盒，对形成的试块进行切割，即完成含非贯通张开节理相似材料试样的制备；
S9、在非贯通张开节理相似材料试样的节理空隙中填充材料，即可完成含非贯通填充节理相似材料试样的制备。
2.根据权利要求1所述的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，其特征在于：所述试样制备盒由前板、左板、后板、右板、底板拼合固定而成；左板和右板在靠近顶端的位置设置有前后方向的长孔；所述前后移动架包括左右两个立架；所述立架的底侧呈U形，并夹在左板或右板的顶端，前后移动架还包括螺栓螺帽连接件；所述螺栓螺帽连接件的螺栓依次穿过立架的U形的一臂、长孔、立架的U形的另一臂后与螺帽连接；所述螺帽未锁紧时，前后移动架具有沿长孔前后移动的自由度；所述螺帽锁紧时，前后移动架与试样制备盒固定。
3.根据权利要求1或2所述的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，其特征在于：所述左右移动机构包括平行且前后分布的左右方向的固定螺杆和转动螺杆；所述固定螺杆的两端与前后移动架固定；所述转动螺杆安装在前后移动架上，且转动螺杆的一端穿过前后移动架与固定在前后移动架上的升降驱动机构传动连接。
4.根据权利要求3所述的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，其特征在于：所述升降机构包括套在转动螺杆并与转动螺杆螺纹配合的齿轮；升降机构还包括套在固定螺杆上的滑动座，所述滑动座具有沿固定螺杆左右移动的自由度；所述滑动座的前侧滑动装配有竖向的齿条；所述齿条与齿轮传动装配；所述齿轮用于通过升降驱动机构的驱动带动转动螺杆旋转而旋转，并使齿条沿滑动座向上或向下动作；所述齿轮还用于在转动螺杆上通过与转动螺杆的螺纹配合向左或向右移动；所述转动螺杆上位于齿轮的左右两侧还设置有第一锁定螺母；两个第一锁定螺母用于将齿轮锁紧在转动螺杆上，进而使齿轮随转动螺杆旋转而旋转；所述固定螺杆上位于滑动座的左右两侧还设置有第二锁定螺母；
两个第二锁定螺母用于将滑动座锁紧在固定螺杆上。
5.根据权利要求4所述的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，其特征在于：所述滑动座上还设置有辅助固定架；所述辅助固定架包括位于滑动座左右两侧并套在固定螺杆上的竖向的固定板；两个固定板的顶侧和底侧还分别设置有与辅助固定架固定的横杆；所述第二锁定螺母设置在辅助固定架的左右两侧，用于通过将辅助固定架锁紧在固定螺杆上，进而将滑动座锁定。
6.根据权利要求4或5所述的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，其特征在于：所述旋转机构包括固定在齿条底端的旋转固定座、以及设置在旋转固定座下方的旋转螺纹杆；所述旋转螺纹杆的顶端设置有旋转头，用于与旋转固定座安装，为旋转螺纹杆提供旋转的自由度；所述旋转螺纹杆上还装配有第三锁定螺母；所述第三锁定螺母旋转至上限位时，第三锁定螺母与旋转固定座锁紧，进而使旋转螺纹杆失去旋转的自由度；所述旋转螺纹杆的底侧安装所述的节理导向片。
7.根据权利要求6所述的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，其特征在于：所述旋转螺纹杆的底侧还固定有刻度转盘；所述刻度转盘上设置有旋转刻度；所述旋转固定座上固定有刻度指针，所述刻度指针与旋转刻度配合，用于指示旋转螺纹杆相对于旋转固定座旋转的角度；所述节理导向片安装在刻度转盘的下方；所述刻度转盘的中心安装有连接件；所述节理导向片安装在连接件的底侧。
8.根据权利要求7所述的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，其特征在于：所述连接件为U形夹片；所述节理导向片的顶侧夹持在U形夹片中，并通过螺栓紧固件固定；所述刻度转盘的底侧位于节理导向片的两侧还设置有定位块；所述定位块与节理导向片配合的一侧设置有滑槽；所述节理导向片的两侧插入滑槽后，再与所述U形夹片连接。
9.根据权利要求1所述的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括含非贯通闭合节理相似材料试样的制备方法，与含非贯通张开节理和填充节理相似材料试样的制备方法的不同点在于：步骤S8替换为：在相似材料仍流塑料状态时，持续进行振动；启动升降机构，使节理导向片匀速竖直向上移动，引导已固化成型的节理面在振动的作用下，沿着节理导向片的底侧逐渐闭合，直至节理导向片完全拔出，此时，已固化的节理面已完全闭合；待相似材料完全凝固后，拆开制样盒，对形成的试块进行切割，即完成含非贯通闭合节理相似材料试样的制备。 说明书 : 含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法。背景技术[0002] 非贯通节理作为岩体中不连续面的主要赋存形式，其对岩体结构裂化的：茄沂こ探ㄉ柚胁豢苫乇艿墓丶侍庵。由于非贯通节理成因的差异以及在漫长的地质作用过程中的不断演化，非贯通节理存在闭合、张开和填充三种差异接触状态，且节理面形态各异。对比研究含差异接触状态非贯通节理岩体的力学性质对于保证岩石工程建设安全稳步的推进具有不可忽视的重要意义。[0003] 由于非贯通节理的存在，现场取样很难保证节理试样的完整性以及节理面的真实接触状态，所以目前主要通过在岩石材料或相似材料中预制非贯通节理的手段进行含非贯通节理试样的制备并对其展开室内试验研究。[0004] 岩石材料中主要通过“切割”或“冲钻”的手段预制非贯通节理，制样手段决定了节理呈张开状态。申请号为CN201710999066.X的中国发明专利“一种含微小及闭合裂隙的岩石试样制备方法”公开了一种在岩石材料中通过非共面切割和辅助切割面的粘合制备非贯通闭合裂隙的方法，辅助切割面的存在并未实现真正意义上非贯通闭合节理的制备，当节理倾角较小时，辅助切割面将对试样的变形和破坏特性产生较大的影响，且无法在同个试样上制备多条具备不同组构的非贯通闭合节理。[0005] 由于在岩石材料中预制非贯通节理技术复杂，成本较高，且制备含复杂组构非贯通节理试样的难度较大。另外，岩石材料的非均质性会造成非贯通节理试样力学试验结果的变异性，干扰非贯通节理对岩石力学性质的影响特性的分析，所以目前主要通过在相似材料试样中预制非贯通节理进行其力学性质的研究。[0006] 目前，含非贯通张开节理相似材料试样的制备方法较多。插片抽拔法是目前制备非贯通张开节理的常用手段。该方法通过在含有插片的制样模具中浇筑相似材料，并在相似材料完全凝固后，将插片拔出，形成非贯通张开节理。申请号为201310641618.1的中国发明专利“断续裂隙岩体模拟试件的制作模具及方法”、申请号为202010080945.4的中国发明专利“一种变组构非贯通节理类岩石试样制备装置”、申请号为201510823732.5的中国发明专利“一种任意方位多组节理岩桥试样制备装置及方法”、申请号为201610621374.4的中国发明专利“一种相似材料岩体试样断续节理精确定位制作装置”、申请号为202010301110.7的中国发明专利“一种制作含非贯通交叉节理试样的方法”、申请号为201610517486.5的中国发明专利“一种制作含非贯通型裂隙的类岩石试样的模具”、申请号为201920604551.7的中国实用新型专利“一种制备含有断续节理试件的模具”以及申请号为201921632587.2的中国实用新型专利“一种用于制作非贯通节理岩石试样的模具”均采用该方法制备非贯通张开节理。该方法简单高效，但是对预制的张开节理的尺寸和表面形态有限制，当节理尺寸过大(即插片与相似材料接触面积过大)或者插片为非平直形态时，当相似材料凝固后，插片将难以拔出。另一种制备非贯通张开节理的方法是采用可降解或溶解的材料制备插片，试样成型后，通过消解插片材料形成非贯通张开节理。申请号为201810874910.0的中国发明专利“一种裂隙张开型和填充型复杂裂隙岩体物理模型构建方法”、申请号为201711446778.5的中国发明专利“一种内部含非贯通结构面相似材料模型的制作方法及装置”以及申请号为201911141006.X的中国发明专利“基于聚羟基脂肪酸酯制作类岩体内置张开型裂隙试样的方法”均采用该方法制备非贯通张开节理。该方法能够很好地控制非贯通张开节理的张开度和在试样内部的位置，但是插片制备和消解过程复杂，制样难度和成本较高。非贯通填充节理在非贯通张开节理试样的基础上进行填充即可制备。[0007] 目前关于含非贯通闭合节理相似材料试样的制备方法较少。申请号为201910175072.2的中国发明专利“制备具有张开或闭合的单裂隙的类岩石试样的模具及方法”公开了一种“插片抽拔+静置”的方法制备非贯通闭合节理。该方法在相似材料未完全凝固之前拔出3D打印插片，借助相似材料的塑性流动，使预制片拔出后残留的空隙闭合，形成非贯通闭合节理。该方法制备出的非贯通节理的最终闭合状态与插片的拔出时机以及相似材料的塑性流动状态密切相关。若插片拔出过早，相似材料塑性流动，可能导致节理面局部粘连，影响非贯通节理面的力学性质；若插片拔出过晚，则会造成节理面无法闭合。然而目前没有关于插片拔出最佳时机的研究，所以非贯通节理最终的闭合状态很难掌控。同时，2019年蒲志成等在《岩土工程学报》发表的论文“张开度影响的裂隙体破断机制探讨”中明确指出“在制作裂隙体试件时，采用在试件养护前期拔出预埋插片的方法制作预制裂隙，并试图依靠试件养护后期水泥水化而使裂纹闭合，这种制作闭合裂隙的方法并不可取”。申请号为201921144067.7的中国实用新型专利“一种用于预制张开和闭合节理岩石的制样模具”公开了一种用树脂片插片预制非贯通节理的方法，通过把树脂片保留在试样中制备非贯通闭合节理试样，树脂片的存在将严重影响非贯通闭合节理面的相互作用特性，严格意义上讲该方法制备的是一种填充节理。[0008] 综上所述，目前缺少制备含非贯通闭合节理相似材料试样的方法，且含非贯通张开节理相似材料试样的制备方法也存在各种缺陷。另外，由于含差异接触状态非贯通节理相似材料试样的制备方法迥异，所以制备出的非贯通节理相似材料试样将难以用于非贯通节理接触状态差异对岩体力学性质影响的研究，而这对于非贯通节理岩体力学性质的准确表述和评价至关重要。因此，发明出一个能够制备含差异接触状态非贯通节理相似材料试样并保证非贯通节理接触状态准确反映的装置和方法非常必要。发明内容[0009] 为解决上述技术问题，本发明提供了含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法，可制备张开度、节理面形态精确可控的非贯通张开节理和填充节理；也可制备完全闭合的非贯通节理，且节理面形态可控、无胶结；能够有效地避免制样方法对试样试验结果的影响，从而保证试验结果对比的有效性和准确性。[0010] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置，包括试样制备盒；所述试样制备盒的上方设置有前后移动架；前后移动架的顶侧设置有左右移动机构；所述左右移动机构上设置有升降机构；所述升降机构的升降端底侧固定有旋转机构，旋转机构的转动端底侧固定有节理导向片；所述节理导向片与试样制备盒对应；所述前后移动架和左右移动机构用于控制节理导向片在试样制备盒的前后左右的位置，所述旋转机构用于控制节理导向片的角度方位；所述升降机构用于控制节理导向片的升降。[0011] 进一步地，所述试样制备盒由前板、左板、后板、右板、底板拼合固定而成；左板和右板在靠近顶端的位置设置有前后方向的长孔；所述前后移动架包括左右两个立架；所述立架的底侧呈U形，并夹在左板或右板的顶端，前后移动架还包括螺栓螺帽连接件；所述螺栓螺帽连接件的螺栓依次穿过立架的U形的一臂、长孔、立架的U形的另一臂后与螺帽连接；所述螺帽未锁紧时，前后移动架具有沿长孔前后移动的自由度；所述螺帽锁紧时，前后移动架与试样制备盒固定。[0012] 进一步地，所述左右移动机构包括平行且前后分布的左右方向的固定螺杆和转动螺杆；所述固定螺杆的两端与前后移动架固定；所述转动螺杆安装在前后移动架上，且转动螺杆的一端穿过前后移动架与固定在前后移动架上的升降驱动机构传动连接。[0013] 进一步地，所述升降机构包括套在转动螺杆并与转动螺杆螺纹配合的齿轮；升降机构还包括套在固定螺杆上的滑动座，所述滑动座具有沿固定螺杆左右移动的自由度；所述滑动座的前侧滑动装配有竖向的齿条；所述齿条与齿轮传动装配；所述齿轮用于通过升降驱动机构的驱动带动转动螺杆旋转而旋转，并使齿条沿滑动座向上或向下动作；所述齿轮还用于在转动螺杆上通过与转动螺杆的螺纹配合向左或向右移动；所述转动螺杆上位于齿轮的左右两侧还设置有第一锁定螺母；两个第一锁定螺母用于将齿轮锁紧在转动螺杆上，进而使齿轮随转动螺杆旋转而旋转；所述固定螺杆上位于滑动座的左右两侧还设置有第二锁定螺母；两个第二锁定螺母用于将滑动座锁紧在固定螺杆上。[0014] 进一步地，所述滑动座上还设置有辅助固定架；所述辅助固定架包括位于滑动座左右两侧并套在固定螺杆上的竖向的固定板；两个固定板的顶侧和底侧还分别设置有与辅助固定架固定的横杆；所述第二锁定螺母设置在辅助固定架的左右两侧，用于通过将辅助固定架锁紧在固定螺杆上，进而将滑动座锁定。[0015] 进一步地，所述旋转机构包括固定在齿条底端的旋转固定座、以及设置在旋转固定座下方的旋转螺纹杆；所述旋转螺纹杆的顶端设置有旋转头，用于与旋转固定座安装，为旋转螺纹杆提供旋转的自由度；所述旋转螺纹杆上还装配有第三锁定螺母；所述第三锁定螺母旋转至上限位时，第三锁定螺母与旋转固定座锁紧，进而使旋转螺纹杆失去旋转的自由度；所述旋转螺纹杆的底侧安装所述的节理导向片。[0016] 进一步地，所述旋转螺纹杆的底侧还固定有刻度转盘；所述刻度转盘上设置有旋转刻度；所述旋转固定座上固定有刻度指针，所述刻度指针与旋转刻度配合，用于指示旋转螺纹杆相对于旋转固定座旋转的角度；所述节理导向片安装在刻度转盘的下方；所述刻度转盘的中心安装有连接件；所述节理导向片安装在连接件的底侧。[0017] 进一步地，所述连接件为U形夹片；所述节理导向片的顶侧夹持在U形夹片中，并通过螺栓紧固件固定；所述刻度转盘的底侧位于节理导向片的两侧还设置有定位块；所述定位块与节理导向片配合的一侧设置有滑槽；所述节理导向片的两侧插入滑槽后，再与所述U形夹片连接。[0018] 含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备方法，采用上述的制备装置并配合速凝剂注入盒进行制备，其中，制备方法包括含非贯通张开节理和填充节理相似材料试样的制备方法；具体按以下步骤进行：[0019] S1、将所述的制备装置安装好后，根据目标非贯通节理的位置和方位，通过前后移动架、左右移动机构、升降机构调整节理导向片至目标位置，通过旋转机构调整节理导向片至目标方位，使节理导向片与试样制备盒内的目标非贯通节理的位置和方位重合，然后，锁定节理导向片；[0020] S2、通过升降机构，将节理导向片升起；[0021] S3、在试样制备盒的内壁和节理导向片的表面涂抹润滑剂；[0022] S4、将相似材料浇筑到试样制备盒中，并对试样制备盒进行振动，使相似材料均匀充填在试样制备盒中且表面平整；[0023] S5、将速凝剂注入盒的表面涂抹润滑剂，并在目标非贯通节理的位置竖直插入处于流塑状态的相似材料中；然后，向速凝剂注入盒中注入速凝剂，速凝剂注入盒将速凝剂分散至相似材料与速凝剂注入盒接触的表面，使此表面的相似材料凝固，形成固化成型的节理面；[0024] S6、将速凝剂注入盒从相似材料中缓慢均匀地抽出，并启动升降机构，将节理导向片插入至速凝剂注入盒拨出后形成的空隙中；[0025] S7、再次对试样制备盒进行振动，使相似材料均匀扩散，填满节理导向片周围的空隙；[0026] S8、待相似材料完全凝固后，启动升降机构，将节理导向片竖直向上匀速拔出，然后，拆开制样盒，对形成的试块进行切割，即完成含非贯通张开节理相似材料试样的制备；[0027] S9、在非贯通张开节理相似材料试样的节理空隙中填充相似材料，即可完成含非贯通填充节理相似材料试样的制备。[0028] 进一步地，所述制备方法还包括含非贯通闭合节理相似材料试样的制备方法，与含非贯通张开节理和填充节理相似材料试样的制备方法的不同点在于：步骤S8替换为：在相似材料仍流塑料状态时，持续进行振动；启动升降机构，使节理导向片匀速竖直向上移动，引导已固化成型的节理面在振动的作用下，沿着节理导向片的底侧逐渐闭合，直至节理导向片完全拔出，此时，已固化的节理面已完全闭合；待相似材料完全凝固后，拆开制样盒，对形成的试块进行切割，即完成含非贯通闭合节理相似材料试样的制备。[0029] 本发明的优点：本发明的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法，可制备张开度、节理面形态精确可控的非贯通张开节理和填充节理；也可制备完全闭合的非贯通节理，且节理面形态可控、无胶结；能够有效地避免制样方法对试样试验结果的影响，从而保证试验结果对比的有效性和准确性。附图说明[0030] 图1为实施例的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置的立体示意图；[0031] 图2为图1的A处的局部放大的示意图；[0032] 图3为实施例的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置的另一角度的立体示意图；[0033] 图4为一种节理导向片的示意图；[0034] 图5为速凝剂注入盒与图4的节理导向片的形态相似的结构示意图；[0035] 图6为另一种节理导向片的示意图。具体实施方式[0036] 为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。[0037] 实施例一[0038] 请参照图1至图4以及图6所示，本实施例提供了一种含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置，包括试样制备盒1；所述试样制备盒1的上方设置有前后移动架2；前后移动架2的顶侧设置有左右移动机构；所述左右移动机构上设置有升降机构；所述升降机构的升降端底侧固定有旋转机构，旋转机构的转动端底侧固定有节理导向片3；所述节理导向片3与试样制备盒1对应；所述前后移动架2和左右移动机构用于控制节理导向片3在试样制备盒的前后左右的位置，所述旋转机构用于控制节理导向片3的角度方位；所述升降机构用于控制节理导向片3的升降；其中，节理导向片3的表面形态、长度与目标非贯通节理的表面形态和长度一致，而节理导向片3的厚度根据接触状态确定，具体的，节理导向片3可以为平直片状(如图4所示)，也可为弯折状(如图6所示)，此处不对节理导向片3的具体形状进行限定，节理导向片3可以为任何在相似材料凝固后可方便抽出的形状。[0039] 本实施例的一种含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置中，所述试样制备盒1由前板、左板、后板、右板、底板拼合固定而成；左板和右板在靠近顶端的位置设置有前后方向的长孔22；所述前后移动架2包括左右两个立架；所述立架的底侧呈U形，并夹在左板或右板的顶端，前后移动架2还包括螺栓螺帽连接件23；所述螺栓螺帽连接件23的螺栓依次穿过立架的U形的一臂、长孔22、立架的U形的另一臂后与螺帽连接；所述螺帽未锁紧时，前后移动架2具有沿长孔22前后移动的自由度；所述螺帽锁紧时，前后移动架与试样制备盒1固定，其中，试样制备盒的设计方式，方便拆卸，前后移动架与试样制备盒的连接方式，也方便前后移动架的前后移动，锁定，以及拆卸，也容易对节理导向片3的前后位置精确调整；另外，立架底侧的U形结构的顶侧与左板或右板的顶端面配合，使立架仅能沿左板或右板前后移动，而不发生左右偏转。[0040] 本实施例的一种含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置中，所述左右移动机构包括平行且前后分布的左右方向的固定螺杆5和转动螺杆4；所述固定螺杆5的两端与前后移动架2固定；所述转动螺杆4安装在前后移动架2上，且转动螺杆4的一端穿过前后移动架2与固定在前后移动架2上的升降驱动机构6传动连接；其中，固定螺杆和转动螺杆的设计方式，方便组装，并且，方便对节理导向片的左右位置精确调整。[0041] 本实施例的一种含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置中，所述升降机构包括套在转动螺杆4并与转动螺杆4螺纹配合的齿轮17；升降机构还包括套在固定螺杆5上的滑动座15，所述滑动座15具有沿固定螺杆左右移动的自由度；所述滑动座15的前侧滑动装配有竖向的齿条16；所述齿条16与齿轮17传动装配；所述齿轮17用于通过升降驱动机构6的驱动带动转动螺杆4旋转而旋转，并使齿条16沿滑动座15向上或向下动作；所述齿轮17还用于在转动螺杆4上通过与转动螺杆4的螺纹配合向左或向右移动；所述转动螺杆4上位于齿轮17的左右两侧还设置有第一锁定螺母18；两个第一锁定螺母18用于将齿轮17锁紧在转动螺杆4上，进而使齿轮17随转动螺杆4旋转而旋转；所述固定螺杆5上位于滑动座15的左右两侧还设置有第二锁定螺母20；两个第二锁定螺母20用于将滑动座15锁紧在固定螺杆5上，其中，齿条和齿轮的配合，可提高节理导向片升降的稳定性，另外，第一锁定螺母18和第二锁定螺母20的设计，方便对相关结构的锁定。[0042] 本实施例的一种含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置中，所述滑动座15上还设置有辅助固定架19；所述辅助固定架19包括位于滑动座15左右两侧并套在固定螺杆5上的竖向的固定板；两个固定板的顶侧和底侧还分别设置有与辅助固定架19固定的横杆；所述第二锁定螺母设置在辅助固定架19的左右两侧，用于通过将辅助固定架19锁紧在固定螺杆5上，进而将滑动座15锁定；辅助固定架19可避免第二锁定螺母对滑动座的损伤，同时，也方便加工和组装。[0043] 本实施例的一种含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置中，所述旋转机构包括固定在齿条16底端的旋转固定座14、以及设置在旋转固定座14下方的旋转螺纹杆7；所述旋转螺纹杆7的顶端设置有旋转头11，用于与旋转固定座14安装，为旋转螺纹杆7提供旋转的自由度；所述旋转螺纹杆7上还装配有第三锁定螺母12；所述第三锁定螺母12旋转至上限位时，第三锁定螺母12与旋转固定座14锁紧，进而使旋转螺纹杆7失去旋转的自由度；所述旋转螺纹杆7的底侧安装所述的节理导向片3；其中，旋转固定座和旋转头的设计，方便对节理导向片的角度方位进行控制，还可通过第三锁定螺母配合旋转螺纹杆对节理导向片的角度方位进行快速锁定。[0044] 本实施例的一种含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置中，所述旋转螺纹杆7的底侧还固定有刻度转盘8；所述刻度转盘8上设置有旋转刻度10；所述旋转固定座14上固定有刻度指针13，所述刻度指针13与旋转刻度10配合，用于指示旋转螺纹杆7相对于旋转固定座14旋转的角度；所述节理导向片3安装在刻度转盘8的下方；所述刻度转盘8的中心安装有连接件9；所述节理导向片3安装在连接件9的底侧；刻度转盘及刻度指针的设计，配合旋转固定座以及旋转螺纹杆，可对节理导向片的角度方位精确调整。[0045] 本实施例的一种含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置中，所述连接件9为U形夹片；所述节理导向片3的顶侧夹持在U形夹片中，并通过螺栓紧固件固定；所述刻度转盘8的底侧位于节理导向片3的两侧还设置有定位块21；所述定位块21与节理导向片3配合的一侧设置有滑槽；所述节理导向片3的两侧插入滑槽后，再与所述U形夹片连接；其中，U形夹片配合定位块的设计，可对节理导向片进行快速的装夹。[0046] 实施例二[0047] 本实施例提供了制备含非贯通张开节理和填充节理相似材料试样的方法，采用实施例一的制备装置并配合速凝剂注入盒24进行制备，速凝剂注入盒的表面形态、长度与目标非贯通节理的表面形态和长度一致，速凝剂注入盒的厚度略大于目标非贯通节理的张开度，具体如图5所示，速凝剂注入盒24包括盒体，盒体的顶面设置有速凝剂注入口25；盒体的侧面设置有横向贯穿的多排扩散孔26；具体的形态可参照图4的节理导向片的形态设计，当然，也可按照图6所示的节理导向片的形态设计，此处不再做具体的限定，其形状通常与节理导向片的形状大体一致；本实施例的制备方法具体如下：[0048] S1、将所述的制备装置安装好后，根据目标非贯通节理的位置和方位，通过前后移动架2、左右移动机构、升降机构调整节理导向片3至目标位置，通过旋转机构调整节理导向片3至目标方位，使节理导向片3与试样制备盒内的目标非贯通节理的位置和方位重合，然后，锁定节理导向片；其中，本实施例的节理导向片的厚度与目标非贯通节理的张开度一致；[0049] S2、通过升降机构，将节理导向片3升起；[0050] S3、在试样制备盒的内壁和节理导向片3的表面涂抹润滑剂；[0051] S4、将相似材料浇筑到试样制备盒中，并对试样制备盒进行振动，使相似材料均匀充填在试样制备盒中且表面平整；[0052] S5、将速凝剂注入盒的表面涂抹润滑剂，并在目标非贯通节理的位置竖直插入处于流塑状态的相似材料中；然后，向速凝剂注入盒中注入速凝剂，速凝剂注入盒将速凝剂分散至相似材料与速凝剂注入盒接触的表面，使此表面的相似材料凝固，形成固化成型的节理面；[0053] S6、将速凝剂注入盒从相似材料中缓慢均匀地抽出，并启动升降机构，将节理导向片插入至速凝剂注入盒拨出后形成的空隙中；[0054] S7、再次对试样制备盒进行振动，使相似材料均匀扩散，填满节理导向片周围的空隙；[0055] S8、待相似材料完全凝固后，启动升降机构，将节理导向片竖直向上匀速拔出，然后，拆开制样盒，对形成的试块进行切割，即完成含非贯通张开节理相似材料试样的制备；[0056] S9、在非贯通张开节理相似材料试样的节理空隙中填充材料，即可完成含非贯通填充节理相似材料试样的制备。[0057] 实施例三[0058] 本实施例提供了制备含非贯通闭合节理相似材料试样的方法，具体的与实施例二的不同点在于：[0059] 本实施例的节理导向片的厚度较。晌1mm；并且，实施例二的步骤S8被替换为：在相似材料仍流塑料状态时，持续进行振动；启动升降机构，使节理导向片匀速竖直向上移动，引导已固化成型的节理面在振动的作用下，沿着节理导向片的底侧逐渐闭合，直至节理导向片完全拔出，此时，已固化的节理面已完全闭合；待相似材料完全凝固后，拆开制样盒，对形成的试块进行切割，即完成含非贯通闭合节理相似材料试样的制备。[0060] 本实施例的含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法，可制备张开度、节理面形态精确可控的非贯通张开节理和填充节理；也可制备完全闭合的非贯通节理，且节理面形态可控、无胶结；能够有效地避免制样方法对试样试验结果的影响，从而保证试验结果对比的有效性和准确性。[0061] 上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

专利地区：海南

专利申请日期：2021-04-22

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN112985950B