一种含孔洞类岩石试样的制备方法

技术领域

本发明涉及岩石力学试验研究领域，具体涉及一种含孔洞类岩石试样的制备方法。

背景技术

近年来，随着矿产资源勘探开发、能源开发、交通运输工程、城市建设和地下空间发展的需要，岩石工程的规模越来越大，所涉及的岩石力学问题也越来越复杂。

人为开采形成的矿产采空区，人为开挖形成的硐室，天然溶蚀形成的溶洞都严重破坏了岩体的完整性，使得岩体内部产生了空洞缺陷，这种空洞一般尺寸较大，形态各异，危害程度较高，在含此类缺陷的岩体周边进行工程建设存在工程失稳的风险，为了有效地评价含孔洞缺陷岩体的稳定性，需要开展含孔洞缺陷的岩石试样的力学试验研究，以有效揭示含孔洞缺陷岩石的力学变形特性与破坏规律。

目前，关于含孔洞类岩石试样的制作是一个难点，成为制约含孔洞类岩石试验研究进步的瓶颈。已往的研究中，对于岩石中的裂隙制作方法已有相关研究，但是对含孔洞缺陷类岩石试样的制作还鲜有介绍。对于岩石试样中的表面裂隙缺陷，可以通过切割机进行切割，但是无法加工内置孔洞缺陷,对于内置孔洞的缺陷，通常可采用塑料球或铝球模拟孔洞缺陷，试样制作成型后塑料球或铝球无法取出，塑料球和铝球容易形成“骨架”，影响试样的力学性能，从而使得试验的误差偏大。

发明内容

本发明意在提供一种含孔洞类岩石试样的制备方法，以降低试验的误差。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种含孔洞类岩石试样的制备方法，包括以下步骤：

S1：在基座和成型筒的内壁上均涂抹脱模剂；

S2：将成型筒安装在基座上；

S3：在成型筒上安装若干成型机构，并在成型机构上涂抹脱模剂；

S4：配置浆料，将浆料倒入成型筒内并振捣成型；

S5：养护试样；

S6：拆解成型机构和成型筒，并将试样取出。

本方案的有益效果为：在制备含孔洞类岩石试样时，由于成型筒上安装有若干成型机构，因此，能够在试样的内部制作若干的孔洞结构，当含空洞类岩石试样制作完成后，可以将成型机构从试样的内部取出，从而使得成型机构不会对试样的力学性能产生影响，降低了试验误差；尤其是在进行平行试验研究时，由于本技术方案制作的试样尺寸一致，均质性好，在制作孔洞缺陷时，不会对含孔洞类岩石试样的内部结构产生扰动，因此，能够进一步降低试验误差。

本技术方案由基座、成型筒以及成型机构组成，因此，本技术方案提供的含空洞类岩石材料试样制备装置的结构比较简单，易于批量生产。

本技术方案由于设有若干成型机构，因此，可以在同一成型筒内同时制造多条复杂的孔洞缺陷，特别是对于大尺寸截面孔洞缺陷及高压高强试件的预制，能显著降低试验误差；

本技术方案具有操作简单、制样效率高、制样成本低的优势。

进一步，S2中的成型筒上设有若干成型孔，成型孔的形状为圆形、方形、棱形以及多边形中的任意一种或多种的组合，且成型机构与成型孔相匹配。

本方案的有益效果为：本技术方案由于成型孔的设置，便于成型机构的安装与取出，从而便于在试样的内部制作孔洞。

本技术方案由于在成型筒上设有若干成型孔，因此，在安装成型机构时，可以根据实际需要确定成型机构的安装位置，使得本技术方案能够制作不同位置和倾斜角度的孔洞，满足不同试验的需求。

本技术方案由于孔洞的形状为圆形、方形、棱形以及多边形中的任意一种或多种的组合，在制作不同形状孔洞缺陷的试样时，通过更换不同的成型筒及成型机构，便可完成不同形状孔洞缺陷试样的制作。

进一步，S2中的成型筒包括若干弧形连接块，成型筒是由若干弧形连接块围成的筒状结构，成型孔分布在弧形连接块上。

本方案的有益效果为：本技术方案由于成型筒是由若干弧形连接块围成的筒状结构，因此，在脱模时，便于成型筒脱模，提高了制样的效率。

进一步，S2中的成型筒上可拆卸连接有环箍。

本方案的有益效果为：如果不设置环箍，在浇筑的过程中，成型筒有可能会发生变形，从而使得浇筑的试样的形状以及孔洞的形态发生改变，在进行平行试验时，造成试验误差偏大，而环箍的设置，则能够提高成型筒的稳定性。

进一步，S3中的每个成型机构均包括成型管和两个旋转单元，成型管包括第一连接部和第二连接部，第一连接部与第二连接部滑动且可拆卸连接，每个旋转单元均包括定位座、安装座和把手，把手穿过定位座，并与安装座可拆卸连接，安装座上安装有万向球，成型管的端部与万向球转动且可拆卸连接。

本方案的有益效果为：在使用时，先根据实际需要确定成型机构的安装数量以及安装位置，再将第一连接部和第二连接部连接起来，封堵其余无用的成型孔，再进行浇筑并振捣成型，待试样凝固后，将把手拆卸下来，再将定位座从成型筒上取下来，将成型筒从基座上拆卸下来，最后将安装座和成型管从试样中拔出。由于第一连接部与第二连接部滑动且可拆卸连接，因此，在将安装座和成型管从试样中拔出的过程中，第一连接部和第二连接部能分离，从而便于将成型管从试样中取出，防止成型管留在试样的内部，增大试验误差。

本技术方案由于成型管由第一连接部和第二连接部组成，且第一连接部与第二连接部滑动且可拆卸连接，因此，可以根据实际情况，调节成型管的长度，便于制作不同高度及倾斜角度的孔洞缺陷；同时，在脱模时，第一连接部和第二连接部能够分离，便于将成型管从试样中取出，提高了脱模的效率，也能防止成型管留在试样的内部，造成试验误差偏大。

由于第一连接部与第二连接部滑动且可拆卸连接，当在同一平面内制作相互连通的孔洞缺陷时，取两个成型机构，先将其中的一个成型机构安装在成型筒上，再将另一个成型机构的第一连接部抵在安装好的成型管上，将另一个成型机构的第二连接部抵在安装好的成型管上的合适位置，再进行浇筑，这样便可制作出在同一平面内相互连通的孔洞缺陷，因此，成型管由第一连接部与第二连接部滑动且可拆卸连接，不仅能够调节成型管的长度，同时，也能制作同一平面内相互连通的孔洞缺陷。

本技术方案由于万向球的设置，能通过把手转动安装座的角度，从而便于对成型管的偏转角度进行调整，使得本技术方案适用于不同偏转角度的孔洞缺陷制作。

进一步，定位座与安装座之间的把手上设有挡圈。

本方案的有益效果为：本技术方案由于挡圈的设置，能够防止安装座在转动的过程中与成型筒的内壁摩擦，而导致成型筒发生磨损，延长了成型筒的使用寿命。

进一步，万向球上对称安装有两个定位珠，成型管的端部与定位珠转动且可拆卸连接。

本方案的有益效果为：由于定位珠的设置，便于成型管的安装和拆卸。

进一步，在S3中，成型机构的安装方式是：将第一连接部和第二连接部的自由端均穿过不同的成型孔，并位于成型筒的内部，再将两个定位座卡接在相应的成型孔内，最后，将第一连接部和第二连接部连接起来，并在成型管上涂抹脱模剂

本方案的有益效果为：本技术方案的成型机构具有安装快捷及脱模方便的优势，同时，能够对孔洞缺陷的位置、倾斜角度、偏转角度进行灵活的调节。

附图说明

图1为本发明一种含孔洞类岩石试样的制备装置的三维图；

图2为第一弧形连接块与第二弧形连接块配合的三维图；

图3为成型机构的三维图；

图4为旋转单元的三维图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：基座1、支撑部2、固定部3、成型筒4、成型孔5、环箍6、第一弧形连接块7、第二弧形连接块8、第一卡接槽9、第二卡接槽10、成型管11、第一连接部12、第二连接部13、定位座14、把手15、安装座16、万向球17、空心转轴18、定位珠19。

实施例

如图1所示的一种含孔洞类岩石试样的制备装置，包括基座1、成型筒4和若干成型机构。

如图1所示，基座1包括依次连接的支撑部2和固定部3，支撑部2和固定部3一体成型加工，固定部3位于支撑部2的上方，且固定部3与支撑部2同轴设置，固定部3为筒状结构。

如图1和图2所示，成型筒4的外径与固定部3的内径相等，且成型筒4的下端插接在固定部3内，成型筒4的外径为220mm，内径为200mm，高度为400mm，成型筒4上开有若干成型孔5，成型筒4的外侧面上套接有环箍6，环箍6的内径与成型筒4的外径相等，环箍6用于对成型筒4进行固定。具体的，成型筒4包括两个第一弧形连接块7和两个第二弧形连接块8，第一弧形连接块7为1/8圆周，第二弧形连接块8为3/8圆周，成型筒4是由第一弧形连接块7和第二弧形连接块8交错围成的筒状结构，第一弧形连接块7沿其轴向两端的外侧面上均开有第一卡接槽9，第二弧形连接块8沿其轴向两端的内侧面上均开有第二卡接槽10，且通过第一卡接槽9和第二卡接槽10的配合，能实现第一弧形连接块7与第二弧形连接块8的拼接，成型孔5分布在第一弧形连接块7和第二弧形连接块8上，成型孔5的形状可以是圆形、方形、棱形以及多边形中的任意一种或多种的组合，成型孔5的大小也可以根据实际需要进行调整。需要说明的是，在本实施例中，第一弧形连接块7与第二弧形连接块8的数量均为两个，但不以次为限，第一弧形连接块7与第二弧形连接块8的数量以及尺寸可以根据实际需要进行调整，第一弧形连接块7与第二弧形连接块8的尺寸也可以相等。

如图3和图4所示，每个成型机构均包括成型管11和两个旋转单元，成型管11包括第一连接部12和第二连接部13，第一连接部12插接在第二连接部13内，且能在第二连接部13内滑动。每个旋转单元均包括定位座14、把手15和空心转轴18，把手15的左端穿过定位座14，并与定位座14转动连接，把手15的左端螺纹连接有安装座16，定位座14与安装座16之间的把手15上粘接有挡圈，安装座16上安装有万向球17，万向球17的顶部开有贯穿底部的圆柱孔，且圆柱孔与万向球17同轴设置，空心转轴18与圆柱孔过盈配合，空心轴的上下两端均安装有定位珠19，成型管11的端部与定位珠19转动连接，需要说明的是，旋转单元和成型管11的形状和尺寸与成型孔5相匹配。

一种含孔洞类岩石试样的制备方法，包括以下步骤：

S1：在基座1和成型筒4的内壁上均涂抹脱模剂；

S2：将成型筒4插在基座1上，并将环箍6套在成型筒4上；

S3：将成型机构安装在成型筒4上，并封堵其余无用的成型孔5，具体的，将第一连接部12和第二连接部13的自由端均穿过不同的成型孔5，并位于成型筒4的内部，再将两个定位座14分别卡接在相应的成型孔5内，最后，将第一连接部12插在第二连接部13内，并在成型管11上涂抹脱模剂。

S4：配置浆料，将浆料倒入成型筒4内并振捣成型；

S5：养护试样；

S6：拆解成型机构和成型筒4，并取出试样：具体的，将把手15从安装座16上拆下来，再将定位座14从成型筒4上取下来，将环箍6从成型筒4上取下来，将成型筒4从基座1上拆下来，再将安装座16和成型管11从试样上拔下来，便可将试样取出来。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。