[发明专利]一种深部岩石相似材料真三轴试样制作模具及成型方法

说明书

一种深部岩石相似材料真三轴试样制作模具及成型方法，包括围板及插板；所述围板分为第一围板和第二围板，在第一围板和第二围板的两个端面处分别等间距设置有多个隔断式燕尾形凸台和隔断式燕尾形凹槽，第一围板和第二围板通过隔断式燕尾形凹槽和隔断式燕尾形凸台配合形成筒状体；在第一围板和第二围板的上分别开设有穿透的矩形凹槽和未穿透的矩形凹槽；所述插板分为第一插板和第二插板，第一插板和第二插板分别插入位于上部的穿透的矩形凹槽和位于下部的穿透的矩形凹槽内，所述筒状体一端设置底座，另一端设置压头。解决现有技术中模具制样单面压实均匀性差、精度低、成样后需再次打磨加工、脱模扰动大以及制作真三轴试样困难的技术问题。

技术领域

本发明属于岩土工程物理模拟试验技术领域，具体涉及一种深部岩石相似材料真三轴试样制作模具及成型方法。

背景技术

深部工程岩体处于真三向应力状态σ₁＞σ₂＞σ₃，研究表明中间主应力对岩体的力学性质影响较大，常规三轴σ₁＞σ₂＝σ₃力学试验已无法准确再现岩体的变形破坏行为。此外，高地应力条件下深部岩体的岩爆、片帮、大变形等地质灾害是困扰隧道与地下工程界的重大地质问题，已经成为地下工程世界性的技术难题。由于深部岩体特别是深部软岩取样制样困难，岩样之间离散性大，难以开展室内真三轴试验研究，而现场试验影响因素复杂，开挖对试验对象影响难以评估，因此，直接开展现场试验，难以揭示深部岩体的变形破坏机理。因此，有必要通过深部岩体相似材料的真三轴试样开展相关力学试验，以及三维物理模型试验再现现场的工程环境，设定不同的影响因素，深入研究深部岩体在真实复杂应力状态的变形破坏行为和力学机理。

深部岩体在成岩过程中经历了长期的高温高压环境，因此相似材料需要经过高的密实压力。现有的塑料模具不能承受较高的密实压力；而目前市场上的钢模大多为圆柱形模具，无法开展真三轴试验研究，而且大多模具只能实现单面密实，容易造成试样上密下松，且采用螺栓紧固围板存在锁紧力度个体性差异问题，因此试样精度也有所不同，垂直度低。再者，在相似材料初凝后需使用压力机进行密实，恒定压力密实后的试样外形尺寸与标准尺寸差距大，需要进一步切割打磨，耗时耗力，而且切割试样还会对试样造成扰动和损伤。最后，常规的模具将围板拆开或者将试样顶出进行脱模，容易在脱模过程中对试样造成损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深部岩石相似材料真三轴试样制作模具及成型方法，解决现有技术中模具制样单面压实均匀性差、精度低、成样后需再次打磨加工、脱模扰动大以及制作真三轴试样困难的技术问题。

一种深部岩石相似材料真三轴试样制作模具，包括底座、围板、插板、加长套筒及压头；所述围板分为第一围板和第二围板，第一围板和第二围板结构相同，均是截面为直角形的围板，在第一围板和第二围板的其中一个端面处等间距设置有多个隔断式燕尾形凸台，另一个端面处等间距设置有与隔断式燕尾形凸台数量相同且一一对应的隔断式燕尾形凹槽，第一围板通过其上的隔断式燕尾形凹槽和隔断式燕尾形凸台分别与第二围板的隔断式燕尾形凸台和隔断式燕尾形凹槽配合形成截面为方形的筒状体；在第一围板和第二围板的一个内表面上部和下部分别开设有穿透的矩形凹槽，另一个内表面上部和下部分别开设有未穿透的矩形凹槽；位于上部的矩形凹槽与位于下部的矩形凹槽之间的间距为制作试样的高度；所述插板分为第一插板和第二插板，第一插板和第二插板分别插入位于上部的穿透的矩形凹槽和位于下部的穿透的矩形凹槽内，所述底座上表面设置有嵌入筒状体一端开口内且与筒状体内壁相配合的方形凸台，筒状体另一端与加长套筒一端连接，加长套筒另一端安装有嵌入加长套筒内的压头。

所述加长套筒内壁是与试样横截面一致的方形，加长套筒一端端面的两个对角位置设有螺栓孔，第一围板和第二围板的端面直角处设置有与加长套筒对应的螺栓孔，通过紧固螺栓将加长套筒与筒状体连为一体。

所述压头接触试样的截面尺寸小于试样的截面尺寸，可放进筒状体的内壁以及加长套筒的内壁，对试样进行压密。