[发明专利]一种制备多互层岩土类模型材料的装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩土力学试验技术领域，更具体涉及一种用于制备多互层岩土类模型材料的装置，广泛应用于多互层岩体力学及土力学研究领域。

背景技术

在地下工程、矿山工程、边坡工程等岩土力学领域，大量存在着互层复合岩土体，通过实验手段研究互层复合岩土体力学及变形特征对指导工程建设具有重要意义。由于互层复合岩土体是由多种不同属性、厚度、组分并以不同结合方式按照某种顺序组合而成的天然层状材料，其力学和变形特性反映出了多相不均匀性、各相异性、层间界面力学性质、复合体力学效应以及力学性质的不匹配性质等现象。由于自然界中赋存的互层岩土体尺度相对于实验室尺度较大，因此找到适合实验室研究尺度的天然互层复合岩土体十分困难。

最近几年兴起的一种行之有效的解决方法为：应用相似理论将大尺度问题转变为小尺度问题并针对小尺度模型在实验室内对岩土体开展实验研究，一般称该方法为相似模拟实验。针对实验中需要的相似材料，相关专家进行了一些研究，如：铁晶砂胶结岩土相似材料及其制备方法（公开号CN1792990），一种软岩相似材料及其制备方法（公开号CN101614629），一种改性相似材料及其制备方法（公开号CN101407397），隧道工程模型材料研究进展（《公路隧道》2007年），地质力学模型试验新技术研究进展及工程应用（《岩石力学与工程学报》2009年）。但以上研究均是针对均质材料进行的，无法模拟互层岩土体。

互层复合岩土体相似模拟试验所涉及的模型材料应能反映出各层材料的不同组分、不同结合方式及不同分布层厚等多参数特征，其存在的关键技术难题之一是：如何高效且高质量地制备符合多参数要求的互层岩土体模型材料块体。

发明内容

为了克服制备多互层岩土体物理模拟试验中的技术难题，本发明的目的是在于提供了一种制备多互层岩土类模型材料的装置，使用该装置可高效地制备多互层模型材料块体，所制备的模型材料块体单层厚度易调节、均质性好，满足多参数试验要求且试验数据精度高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的基本思路是：采用将多种相似材料逐层均匀铺设的方法获取多互层模型材料块体。

一种制备多互层岩土类模型材料的装置，它包括材料箱、平推板、T形架、调节螺母、紧固螺栓，其特征在于：T形架穿过平推板中部的方形孔后装配调节螺母，通过转动调节螺母可调节T形架竖直方向的高度；装配好的平推板位于材料箱的顶部，平推板可沿材料箱的顶部单方向水平滑动。

所述的采用将多种相似材料逐层均匀铺设的方法获取多互层模型材料块体，通过滑动平推板获得多个材料薄层，置于压力试验机下预压成型获得相应的多互层模型材料块体。

所述的平推板主框架中部有凸起，凸起内部开有正方形孔，平推板主框架的两侧底部各焊接第一条形钢、第二条形钢；

所述的材料箱由五块钢板组成，包括第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板及一块底板，相邻侧板之间通过紧固螺栓相连，底板上钻有螺孔，第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板底部分别焊接第一角钢、第二角钢、第三角钢、第四角钢，第一角钢、第二角钢、第三角钢、第四角钢的相应部位开孔与底板上的螺孔相对应，第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板通过紧固螺栓分别与底板相连，材料箱的第一侧板及第三侧板的顶部分别开有两个螺孔，拧入螺栓后可方便地搬动材料箱。

所述的所述的T形架为一倒T形钢架，由第三条形板及特殊螺栓组合而成，特殊螺栓的横断面为带圆角的正方形，圆角部分攻丝，直边部分不攻丝。

所述的调节螺母及T形架的特殊螺栓上均标有刻度。

所述的T形架为一倒“T”形钢架，由一块条形板及一根特殊螺栓组合而成，其特殊性在于：特殊螺栓的横断面为带圆角的正方形且仅圆角部分为攻丝而直边部分为不攻丝。

平推板的中部有一凸起部分且凸起部分内部开有正方形孔，且孔的边长略小于T形架的竖直部分的宽度，其作用是保证T形架相对于平推板只能沿竖直方向单自由度滑移。平推板的两侧各焊接一块条形钢，且两块条形钢边缘之间的距离略小于材料箱的内部宽度，其作用是保证平推板相对于材料箱只能做沿水平方向的单向运动，从而保证T形架也只能平行于材料箱的底板平稳移动。

所述的T形架为一倒“T”形钢架，由一块条形板及一根特殊螺栓组合而成。所述特殊螺栓的特征为：其横断面为带圆角的正方形，仅圆角部分攻丝，直边部分不攻丝。圆角部分攻丝后与调节螺母相配，且两相对直边间的距离略小于平推板中部凸起部分的正方形孔的边长，其目的是使T形架可以在竖直方向任意调节高度且调节过程中T形架不会发生转动。