一种实验室软岩相似材料试样制作装置以及脱离方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域实验室相似材料配比试验试样制备技术领域，具体为一种实验室软岩相似材料试样制作装置以及脱离方法。

背景技术

在实验室开展模型试验，首要的基础工作就是进行相似材料的研制及其力学参数的测定，相似材料试样的制作质量关系到其力学参数能否准确模拟原始岩层的力学性质。目前关于软岩相似材料圆柱形试样的制作方面，主要是多采用传统的对开式圆形模具及人工捣实制作方法制作，面临以下两方面问题：1)人工捣实材料的方法难以实现定量压实材料的目的，会导致制作的试样具有较高的离散性，严重影响多试件模拟试验结果；2)软煤岩试样在传统拆开式脱模过程中的破碎概率高。因此，迫切需要开发一套新型的实验室软岩相似材料试样制作装置及配套的脱模方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种实验室软岩相似材料试样制作装置实验室软岩相似材料以及脱离方法，解决了上述背景技术中现有的实验室软岩相似材料试样制作质量较低、传统脱模方式容易导致试样破碎概率高的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种实验室软岩相似材料试样制作装置，包括圆柱，所述圆柱等角度开设有放置槽，放置槽中央处设有模具，所述圆柱顶部设有螺杆，螺杆杆身螺纹连接有三角板，所述三角板底部焊接有多个插杆，插杆与模具处于同一轴线，插杆下端延伸放置槽内并连接有压块，压块能够伸入模具内，所述模具由底座和圆筒组成，所述圆筒放置在底座上，所述压块伸入圆筒内，放置槽内壁底部开设有滑槽，底座插入滑槽内。

优选的，所述圆筒由两个夹板组成，夹板为半圆弧板，圆筒内设有纸片，纸片两端相接触形成与圆筒内直径向配合的纸筒，纸片与圆筒贴合，所述纸片端部设有触碰端，触碰端从两个夹板之间伸出，纸片上端从圆筒伸出。

优选的，所述夹板相互接触端镶嵌有磁条，磁条向对一侧磁极相反。

优选的，所述底座内部中空，底座上滑动配合有垫块，垫块能够下降至底座内，底座内壁底部连接有压力检测器，压力检测器与垫块之间设有多个弹簧。

优选的，所述放置槽两侧分别设有气囊，气囊用于夹住圆筒，所述圆柱底部设有气泵一，气泵一与气囊之间连接有气管一。

优选的，所述插杆内部中空，杆身设有扣合片，扣合片位于压块上方，压块底部设有薄膜，薄膜边缘与压块边缘固定粘接，所述插杆外设有气泵二，气泵二上设有气管二，气管二与插杆相连。

优选的，所述螺杆顶端设有把手，把手便于实验人员转动螺杆。

一种实验室软岩相似材料试样制作的脱离方法。

步骤一，先将底座插入放置槽的滑槽内，将两个夹板放在底座上。

步骤二，将纸片端部的触碰端弯折，在将卷起纸片使其两端相接触形成纸筒，两端触碰端重叠在一起，将纸片放在两个夹板之间，受磁力影响，两个夹板合并成圆筒，纸筒与圆筒内壁贴合，纸片端部的触碰端从两个夹板之间伸出，纸筒上端从圆筒内伸出。

步骤三，用手或刷子沾水软化纸筒上端，在翻折纸片令纸片上端与圆筒外壁贴合，待纸筒变干后往圆筒内放入极软煤岩。

步骤四，启动气泵一令气囊膨胀，气囊膨胀夹住圆筒，使得圆筒与压块和垫块对齐，接着手握把手转动螺杆令三角板下降，三角板推动插杆向下移动，使得压块伸入圆筒内。

步骤五，压块伸入圆筒同时将扣合片扣在圆筒上端，随着三角板继续下降，压块下降对极软煤岩进行挤压支撑试样，接着反向转动把手令三角板缓慢上升。带动压块上升一小段距离。

步骤六，在上升同时气泵二启动，先往插杆内注入空气在，令薄膜鼓起，再将插杆内空气抽出，使得薄膜重新复原，通过不断重复此操作，使得薄膜反复拍打试样进行夯实。

步骤七，待压块彻底离开圆筒，待压块彻底离开圆筒，气泵一将气囊内空气抽出，气囊远离两个夹板。

步骤八，一手捏住触碰端，另一个实验人员两手分别抓起夹板，将夹板分开实现脱离。最后在将纸筒上端多出部分反向折叠，覆盖试样顶端，再用手轻轻压住试样顶端，将底座拔出并翻转令试样底端朝上，从而取得试样。

(三)有益效果

本发明提供了一种实验室软岩相似材料试样制作装置。具备以下有益效果：

1、该实验室软岩相似材料试样制作装置，螺杆转动带动三角板下降，令插杆底端的压块伸入模具内对极软煤岩挤压。完成对试样制作。通过气泵二、插杆、压块和薄膜配合，使得薄膜反复鼓起对试样进行拍打，实现夯实的目的。再通过夹板、磁条、纸片、接触端配合，在试样外形成一层纸质外壳，令夹板分离时试样不会碎裂坍塌。降低试样脱模后破碎概率。

2、该实验室软岩相似材料试样制作装置，在圆柱等角度开设有多个放置槽，放置槽同时放置模具。通过三角板、螺杆、插杆、压块配合，一次性挤压能够同时制作多个试样。且同一批次制作的试样受力相同。使得同一批次试样压实度相同具有均一性。利用压力检测器检测试样受到的压力，令第二次挤压受到压力相同，实现可重复的目的。

附图说明

图1为本发明结构立体图；

图2为本发明圆柱结构示意图；

图3为本发明夹板结构示意图；

图4为本发明纸片结构示意图；

图5为本发明垫块结构剖视图；

图6为本发明局部结构剖视图。

图中：1圆柱、11放置槽、12滑槽、2模具、21底座、22夹板、221磁条、23垫块、24压力检测器、25弹簧、3气囊、4气泵一、41气管一、5螺杆、51把手、6三角板、7插杆、71扣合片、72压块、73薄膜、8气泵二、81气管二、9纸片、91触碰端、10单片机。

具体实施方式

本发明实施例提供一种实验室软岩相似材料试样制作装置，如图1-6所示，包括圆柱1，圆柱1等角度开设有放置槽11，放置槽11中央处设有模具2，圆柱1顶部铰接有螺杆5。螺杆5杆身螺纹连接有三角板6，三角板6底部焊接有多个插杆7。插杆7与放置槽11一一对应。

插杆7与模具2处于同一轴线，插杆7下端延伸放置槽11内并焊接有压块72。压块72能够伸入模具2内，模具2由底座21和圆筒组成，圆筒放置在底座21上。压块72伸入圆筒内，放置槽11内壁底部开设有滑槽12，底座21插入滑槽12内。

圆柱1外设有单片机10，单片机10用于控制各个电子零件工作。

圆筒由两个夹板22组成，夹板22为半圆弧板，圆筒内设有纸片9，纸片9两端相接触形成与圆筒内直径向配合的纸筒。纸片9与圆筒贴合，纸片9端部有触碰端91，触碰端91从两个夹板22之间伸出。

纸筒高度高于圆筒，因此纸片9上端从圆筒内伸出。在圆筒内设置纸片9避免夹板22内壁直接与极软煤岩接触。用纸片9对试样进行包裹。故夹板22分离时试样外层仍有纸片9支撑包裹极软煤岩，使得试样不会碎裂坍塌。

夹板22相互接触端镶嵌有磁条221，夹板22一端磁条221与令一个夹板22向对侧磁极相反。借助磁力使得两个夹板22相吸在一起。

底座21内部中空，底座21上滑动配合有垫块23，垫块23能够下降至底座21内。底座21内壁底部固定安装有压力检测器24，压力检测器24与垫块23之间焊接有多个弹簧25。

工作时，圆筒位于底座21上，垫块23刚好将圆筒下端开口堵住。将极软煤岩放置圆筒内，并对其进行挤压。垫块23下沉令弹簧25收缩，同时对压力检测器24施压。压力检测器24将测度数据传递给单片机10，再由单片机10反馈给实验人员。

压力检测器24检测试样受到的压力，令后续挤压时压力检测器24反馈的数值与第一次测得数值相同，便可重复制作相同的试样。实现可重复的目的。

上述垫块23虽然会下沉，但由于弹簧25的存在，只要弹簧25本身具有足够大的弹力，进而使得垫块23不会完全沉入底座21内，因此极软煤岩不会掉入底座21内。

放置槽11两侧分别固定安装有气囊3，气囊3用于夹住圆筒，圆柱1底部固定安装有气泵一4，气泵一4与气囊3之间连通有气管一41。单片机10固定安装在气泵一4一侧。

插杆7内部中空，杆身滑动配合有扣合片71，扣合片71位于压块72上方，压块72底部设有薄膜73，薄膜73边缘与压块72边缘固定粘接。插杆7外放置有气泵二8，气泵二8上固定安装有气管二81，气管二81与插杆7相连通。扣合片71能够扣在圆筒2上。

工作时，试样压制完成，将压块72上升一小段距离。气泵二81往插杆7内充气，空气沿插杆7进入压块72与薄膜73之间。使得薄膜73鼓起。薄膜73鼓起对试样顶部具有拍打的效果。

上述纸筒9可做为试样放置的容器。

与现有技术相比，该实验室软岩相似材料试样制作装置，螺杆5转动带动三角板6下降，令插杆7底端的压块72伸入模具内2对极软煤岩挤压。完成对试样制作。通过气泵二8、插杆7、压块72和薄膜73配合，使得薄膜73反复鼓起对试样进行拍打，实现夯实的目的。再通过夹板22、磁条221、纸片9、接触端91配合，在试样外形成一层纸质外壳，令夹板22分离时试样不会碎裂坍塌。降低试样脱模后破碎概率。

螺杆5顶端焊接有把手51，把手51便于实验人员转动螺杆5。

一种实验室软岩相似材料试样制作的脱离方法。

步骤一，先将底座21插入放置槽11的滑槽12内，将两个夹板22放在底座21上。

步骤二，将纸片9端部的触碰端91弯折，在将卷起纸片9使其两端相接触形成纸筒，两端触碰端91重叠在一起，将纸片9放在两个夹板22之间，受211磁力影响，两个夹板22合并成圆筒，纸筒与圆筒内壁贴合，纸片9端部的触碰端91从两个夹板22之间伸出，纸筒上端从圆筒内伸出。

步骤三，用手或刷子沾水软化纸筒上端，在翻折纸片9令纸片9上端与圆筒外壁贴合，待纸筒变干后往圆筒内放入极软煤岩。

步骤四，启动气泵一4令气囊3膨胀，气囊3膨胀夹住圆筒，使得圆筒与压块72和垫块23对齐，接着手握把手51转动螺杆5令三角板6下降，三角板6推动插杆7向下移动，使得压块72伸入圆筒内。

步骤五，压块72伸入圆筒同时将扣合片71扣在圆筒上端，随着三角板6继续下降，压块72下降对极软煤岩进行挤压支撑试样，接着反向转动把手51令三角板6缓慢上升，带动压块72上升一小段距离。

步骤六，在上升同时气泵二8启动，先往插杆7内注入空气在，令薄膜73鼓起，再将插杆7内空气抽出，使得薄膜73重新复原，通过不断重复此操作，使得薄膜73反复拍打试样进行夯实。

步骤七，待压块72彻底离开圆筒，气泵一4将气囊3内空气抽出，气囊3远离两个夹板22。

步骤八，一手捏住触碰端91，另一个实验人员两手分别抓起夹板22，将夹板22分开实现脱离。最后在将纸筒上端多出部分反向折叠，覆盖试样顶端，再用手轻轻压住试样顶端，将底座21拔出并翻转令试样底端朝上，从而取得试样。

综上所述，该实验室软岩相似材料试样制作装置，螺杆5转动带动三角板6下降，令插杆7底端的压块72伸入模具内2对极软煤岩挤压。完成对试样制作。通过气泵二8、插杆7、压块72和薄膜73配合，使得薄膜73反复鼓起对试样进行拍打，实现夯实的目的。再通过夹板22、磁条221、纸片9、接触端91配合，在试样外形成一层纸质外壳，令夹板22分离时试样不会碎裂坍塌。降低试样脱模后破碎概率。

并且，在圆柱3等角度开设有多个放置槽11，放置槽11同时放置模具。通过三角板6、螺杆5、插杆7、压块72配合，一次性挤压能够同时制作多个试样。且同一批次制作的试样受力相同。使得同一批次试样压实度相同具有均一性。利用压力检测器24检测试样受到的压力，令第二次挤压受到压力相同，实现可重复的目的。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。