[发明专利]一种用于制备含复杂形态软弱层模拟岩样的装置与方法

说明书

本发明公开了一种用于制备含复杂形态软弱层模拟岩样的制备装置与方法，包括石膏模板、隔板夹持器、岩样模具、滑动导轨和充填系统，将易熔化材料石蜡借助石膏模板制备为具有特殊形态的石蜡隔板，将制成的石蜡隔板用隔板夹持器固定并插入无顶面模具盒体中，隔板夹持器和滑动导轨连接以调节石蜡隔板位置和倾角，在无顶面模具盒体内浇筑坚硬岩层模拟材料，并使用振动台振捣密实，待其凝结得到含特殊形态石蜡层和坚硬岩层的中间试样，加盖模具顶板形成密闭腔室，加热中间试样熔化石蜡层，利用充填系统从密闭腔室注液口向其注入软弱层模拟材料，同时石蜡从材料排液口排出，待石蜡排尽试样凝结并脱模养护后即得到含形态复杂软弱层的模拟岩样。

技术领域

本发明属于岩石力学及岩体物理模拟技术领域，尤其是涉及一种用于制备含形态复杂软弱层模拟岩样的装置与方法。

技术背景

由于天然岩体的复杂性和多样性，在室内开展岩石力学实验研究时，常需制备岩体物理模拟试样。根据岩体结构控制论可知，岩体结构面对岩体的物理力学性质具有重要的影响。软弱夹层作为一种常见的结构面，除了他们的厚度、倾角、及其物理力学性质等特征外，软弱夹层形态也是影响其力学性质的重要因素。制备能够充分模拟含复杂形态软弱层的模拟岩样对于岩石力学实验研究具有重要意义。

为制备含软弱夹层的制备物理模拟试样现有的制备方法多采用在模具中设置隔板后插拔、分层浇筑、环氧树脂粘接等技术方案。分层浇筑法具有互层厚度难以控制、制样效率低的问题，在模具中设置隔板的方法则存在抽取隔板时易对界面造成损害的问题，环氧树脂粘接则会对胶结界面处的物理力学性质产生影响。并且现有的制备方法大多难以方便的模拟岩体中形态较为复杂的软弱层。

为了方便高效的制备能够充分模拟含复杂形态软弱层岩体的物理模拟试样、发明人特提出一种用于制备复杂形态软弱层岩体物理模拟试样的方法与装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种含复杂形态软弱夹层岩样的制备装置与方法，以制备适用于室内岩石力学实验的含复杂形态层岩体模拟试样。

为达到上述目的，本发明提供了一种用于制备含复杂形态软弱层模拟岩样的装置，一种用于制备含复杂形态软弱层模拟岩样的制备装置，包括石膏模板、岩样模具、滑动导轨、隔板夹持器和充填系统；所述石膏模板用于将易熔化材料石蜡制成具有特殊形态的石蜡隔板；所述岩样模具设置有注液口、排液口和充填通道，用于形成制备中间试样的无顶面模具盒体和注入软弱层模拟材料的密闭腔室；所述中间试样包括坚硬岩层和特殊形态石蜡隔板；所述滑动导轨通过螺栓与无顶面模具盒体连接并固定于无顶面模具盒体正上方，所述隔板夹持器与滑动导轨通过带有螺纹孔的角钢以及螺栓连接，所述隔板夹持器用于固定石蜡隔板并和滑动导轨连接；通过隔板夹持器、滑动导轨连接组成的机构调节石蜡隔板位置和倾角；所述充填系统用于将软弱层模拟材料注入密闭腔室并驱替石蜡。

具体的，所述岩样模具包括两块L形侧板、一块顶板和一块底板，顶板和底板设有与侧板厚度长度一致的凹槽，侧板与顶底板之间彼此嵌合形成榫卯结构以达到紧密连接的目的，两块L形侧板之间通过卡扣连接，从而可形成无顶面模具盒体和用于软弱层模拟材料注入的密闭腔室；顶板、底板内侧均有矩形凹槽作为所述充填通道，底板设置有所述注液口，顶板设有所述排液口；岩样模具内设有加热元件可对试样进行加热，用于熔化中间试样石蜡层。

具体的，所述滑动导轨为一块开有两条相互平行滑槽的金属板，隔板夹持器上部为开有滑槽的金属板，下部为两片距离可变的平行薄金属片，两金属片间通过螺栓固定用于夹持石蜡隔板；通过未拧紧的螺栓在滑动导轨、隔板夹持器的滑槽上滑动，将隔板夹持器以及石蜡隔板调整至所需倾角后，将螺栓拧紧；通过调节两平行薄金属片至合适距离并拧紧螺栓，从而达到夹紧石蜡隔板的目的。