1.本发明涉及岩石室内模拟试验领域，特别是涉及一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置。
背景技术：2.层状岩体广泛存在于自然界中，层理面是其典型的构造特征，控制着层状岩体的破坏模式和力学特性。在漫长的地质历史时期，层状岩体在内动力地质作用下，其层理面一般会发生不同程度的倾斜。除层理面之外，伴随着剧烈的构造运动，层状岩体内部还发育有不同尺度的非贯通裂隙，进一步弱化了层状岩体的结构完整性和力学特性。因此，深入探索在非贯通裂隙影响下，层状结构岩体的破坏模式和力学特性对保证裂隙发育的层状岩体工程的稳定性具有重要的意义。
3.室内试验是进行岩石破坏机制和力学特性研究的基本方法。目前，获取层状岩体试样的方法主要有两种，一是通过现场钻孔取样获得真实岩石试样，但是层理面和裂隙的存在大大增加了取样的难度和成本。在含多裂隙的天然岩体中，裂隙面通常具有较高的风化程度，在钻孔取样时不可避免会对层理面和裂隙面造成一定程度的扰动和损伤，因此该方法不适合含裂隙的层状岩体试样的获取。第二种方法则是目前普遍采用的方法，即利用相似材料制备层状结构试样，该方法能够实现真实岩体的层状结构的制备，同时有效控制层面、裂隙面的接触状态。
4.目前已有多位学者提出利用相似材料制备层状结构试样的装置和方法。申请号为201810793707.0的中国发明专利《层状异性岩体相似材料的制作方法》公开了一种层状异性岩体相似材料的制作方法，该方法沿垂直方向浇筑制备层状结构试样，不能模拟含倾斜层理面的岩层。
5.申请号为201510024487.1的中国发明专利《用于复合岩层相似模拟类岩石试样的制备及取样方法》公开了一种用于复合岩层相似模拟的类岩石试样的制备及取样方法，该方法将试样放在可竖直旋转平台上，用岩样取样机钻取不同岩层角度的试样，较为浪费实验材料，且钻孔取样过程中不可避免的对层理面造成破坏。
6.申请号为202010945005.7的中国发明专利《一种制作圆柱体层状岩石模型的装置及方法》公开了一种制作圆柱体层状岩石模型的装置及方法，该装置和方法可实现含不同倾角层理面的类岩石试样的制备，但由于使用隔板进行分层浇筑，隔板的存在使得该方法不能够制作不同粘结性以及粗糙度层理面的层状类岩石材料。
7.申请号为202011332784.x的中国发明专利《一种精确制作变截面层状类岩石的装置》公开了一种变截面层状类岩石精确制备的方法，但该装置只能实现在二维空间下层理面倾角的变化，无法实现三维空间下层理面方位变换的模拟，且制样盒稳定性不足，在调整角度过程中制样盒易脱离工作平台，增加了制样过程中的不确定性。
8.申请号为202011324477.7的中国发明专利《一种快速制备变截面层状类岩石材料的装置和方法》公开了一种快速制备变截面层状类岩石材料的装置和方法，但该装置和方
法同样只能实现在二维空间内层理面倾角的变化，且该方法采用浇筑桶进行岩石相似材料浇筑，由于桶状结构不可拆分，在脱模过程中，不可避免对层理面的粘结特性产生扰动，从而影响层理面的真实接触状态的还原。
9.申请号为202010061535.5的中国发明专利《一种层状类岩石试样制备方法》公开了一种层状岩体类岩石试样的制备方法，通过3d打印方式制作水溶性外部模具以及可溶性内部模具，实现了曲面层状类岩石试样的制备，但该方法需要利用试剂溶解内部模具后，再向溶解部位注入相似材料，制作流程繁琐。
10.综上所述，目前层状类岩石试样制备方法均局限于二维空间下含不同倾角层理面试样的制备，且尚未提出含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置和方法。因此，开发一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置和方法，以实现零扰动条件下在层状结构试样中预制非贯通裂隙，以及层理面与裂隙面在三维空间中相对方位的变换，对深入研究具有不同空间结构特征的裂隙发育的层状岩体力学特性具有非常重要的现实意义。
技术实现要素：11.为解决上述技术问题，本发明提供了一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，可实现三维空间条件下含裂隙层状结构类岩石试样的制备，可以实现层状类岩石试样不同位置不同角度裂隙预制，以模拟含裂隙层状岩体实际情况，还可以实现在层状类岩石材料初凝后在零扰动条件下将预制在层状类岩石材料中的节理片平稳拔出。
12.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，包括旋转架、安装于旋转架上的工作平台、安装固定于工作平台上的制样盒；所述工作平台通过连接件安装在旋转架上；所述连接件包括第一转轴支撑架、第一转轴、轴套、第二转轴；所述工作平台可转动式安装于第二转轴轴向的一端，第二转轴轴向的另一端与轴套的侧面固定，所述轴套套设在第一转轴上，所述第一转轴支撑架固定在旋转架上，所述第一转轴呈轴向水平的方式的安装在第一转轴支撑架上；所述第二转轴用于为旋转架提供相对于工作平台第一角度旋转的自由度；所述旋转架用于带动第一转轴水平转动第一角度；所述第一转轴用于为工作平台提供绕第一转轴进行第二角度旋转的自由度；所述第一角度和第二角度的配合，用于为工作平台上的制样盒提供三维空间条件。
13.进一步的，所述制备装置还包括底座；所述旋转架可转动式的安装于底座上；所述底座与工作平台之间还设置有定位杆；所述定位杆用于在转动旋转架调节第一角度时，保持工作平台与底座相对固定；还用于在调节第二角度时被拆除，使工作平台具有以第一转轴为轴线旋转的自由度。
14.进一步的，所述轴套的侧面在靠近轴向方向的一端的位置还设置有第二旋转角度指针，所述第一转轴支撑架在与轴套轴向的端面对应的位置设置有与第二旋转角度指针配合的第二刻度；所述第二旋转角度指针用于随轴套以第一转轴为轴线进行第二角度旋转时，配合第二刻度指示第二角度的数值；所述连接件还包括第一旋转锁定件，所述第一旋转锁定件用于使工作平台保持第二角度的状态。
15.进一步的，所述工作平台包括第二板体；所述制样盒安装于第二板体靠后侧的区域上，所述制样盒的前侧具有开口，所述第二板体在制样盒的开口方向的一侧对应的区域设置有节理片组件；所述节理片组件包括框架、多个节理片调节单元、至少一个节理片；所
述框架包括后端板、以及位于后端板前侧的多个框格；所述后端板上开设有多个插孔；所述节理片调节单元固定在框格中并与插孔一一对应，所述节理片的前端还设置有固定连接件；所述固定连接件穿过插孔后与对应的节理片调节单元安装连接；所述后端板构成制样盒的前侧密封面，所述节理片插设在制样盒内。
16.进一步的，所述节理片组件还包括塞子，所述塞子的前端还设置有固定连接件，所述固定连接件穿过插孔后与对应的节理片调节单元安装连接，所述塞子用于替代无需使用的节理片封堵相对应的插孔。
17.进一步的，所述节理片调节单元包括固定块和方向盘组件；所述方向盘组件包括节理片连接块、第三转轴和方向盘；所述固定块的中心区域设置有安装孔；所述第三转轴的后端与节理片连接块固定连接，第三转轴的前端穿过安装孔后与方向盘固定连接；所述节理片连接块的后端用于连接固定连接件；所述方向盘用于带动第三转轴旋转，进而带动节理片旋转第三角度；所述固定块的前端位于安装孔的附近还设置有第三刻度；所述方向盘在与第三刻度相对应的位置设置有第三旋转角度指针；所述第三旋转角度指针用于随方向盘以第三转轴为轴线进行第三角度旋转时，配合第三刻度指示第三角度的数值；所述第三转轴上位于固定块的前侧还设置有第三旋转锁定件；所述第三旋转锁定件用于使节理片保持第三角度的状态。
18.进一步的，所述第二板体的中心区域还设置有衔接孔；所述第二转轴的顶端穿过衔接孔并在端部连接有限位盘；所述限位盘上设置有第一旋转角度指针；所述衔接孔附近还设置有第一刻度；所述第一旋转角度指针用于随限位盘以第二转轴为轴线相对于工作平台旋转时，配合第一刻度指示第一角度的数值；所述连接件还包括设置在第二转轴上并位于工作平台下方的第二旋转锁定件，所述第二旋转锁定件用于使旋转架相对于工作平台保持第一角度的状态。
19.进一步的，所述制备装置还包括节理片拔出机构；所述节理片拔出机构包括行走装置和行走轨道；所述行走装置包括分别固定安装在节理片组件的框架的左侧和右侧的行走驱动元件、以及固定在行走驱动元件旋转端的行走轮；所述行走轨道包括固定在第二板体靠左区域和靠右区域的轨道架、以及设置在轨道架并呈前后方向的轨道槽；两个行走轮分别与对应的轨道槽配合，用于使框架在行走轮与轨道槽的配合下通过行走驱动元件的驱动，沿前后方向移动。
20.进一步的，所述旋转架包括第一板体；所述第一转轴支撑架固定于第一板体的中间区域；所述第一板体在第一转轴的轴向的两侧对应的第一板体侧面的附近区域设置有辅助支撑块；所述辅助支撑块的顶面设置为弧形，该弧形用于使辅助支撑块的顶面在工作平台进行第二角度旋转时，保持与工作平台的底面接触。
21.进一步的，所述第一板体的底面在靠近外周的位置设置有呈圆周分布的多个支撑柱；所述底座包括第三板体；第三板体在中间区域设置有圆环形的旋转轨道；所述支撑柱与旋转轨道配合，用于实现旋转架相对于底座进行第一角度的旋转；所述支撑柱的底部还设置有第四旋转锁定件；所述第四旋转锁定件用于使旋转架相对于底座保持第一角度的状态。
22.本发明的优点：本发明的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，可实现三维空间条件下含裂隙层状结构类岩石试样的制备，可以实现层状类岩石试样不同位置不
同角度裂隙预制，以模拟含裂隙层状岩体实际情况，还可以实现在层状类岩石材料初凝后在零扰动条件下将预制在层状类岩石材料中的节理片平稳拔出。
附图说明
23.图1为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置的立体示意图；
24.图2为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置的右视示意图；
25.图3为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置的主视示意图；
26.图4为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的旋转架与底座组装的立体示意图；
27.图5为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的连接件的立体示意图；
28.图6为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的工作平台的立体示意图；
29.图7为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的节理片组件的框架的立体示意图；
30.图8为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的节理片组件的节理片调节单元的立体示意图；
31.图9为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的节理片调节单元的固定块的立体示意图；
32.图10为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的节理片调节单元的方向盘组件的立体示意图；
33.图11为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的节理片组件的节理片的立体示意图；
34.图12为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的节理片组件的塞子的立体示意图；
35.图13为图3的a-a的剖视示意图；
36.图14为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置的调节三维空间状态的立体示意图；
37.图15为实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置的拔出节理片状态的立体示意图；
38.其中，1-旋转架，2-工作平台，3-连接件，4-底座，5-制样盒，6-节理片组件，7-节理片拔出机构，8-定位杆，11-第一板体，12-支撑柱，13-第四旋转锁定件，14-辅助支撑块，21-第二板体，22-衔接孔，23-第一刻度，24-辅助轨道，25-第一定位杆安装孔，31-第一转轴支撑架，32-第一转轴，33-轴套，34-第一旋转锁定件，35-第二转轴，36-第二旋转锁定件，37-限位盘，311-第二刻度，331-第二旋转角度指针，371-第一旋转角度指针，41-第三板体，42-旋转轨道，43-第二定位杆安装孔，44-支脚，61-框架，62-节理片调节单元，63-节理片，64-固定连接件，65-塞子，611-后端板，612-框格，613-辅助轮，614-插孔，621-固定块，622-方向盘组件，6211-分体式本体，6212-安装孔，6213-第三刻度，6214-插柱，6221-节理片连接块，6222-第三转轴，6223-方向盘，6224-第三旋转角度指针，6225-第三旋转锁定件，6226-连接孔，71-行走装置，72-行走轨道，711-行走轮，721-轨道槽，81-定位杆锁定件。
具体实施方式
39.为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
40.实施例
41.请参照图1至图15所示，本实施例提供了一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，包括旋转架1、安装于旋转架1上的工作平台2、安装固定于工作平台2上的制样盒5；所述工作平台2通过连接件3安装在旋转架1上；所述连接件3包括第一转轴支撑架31、第一转轴32、轴套33、第二转轴35；所述工作平台2可转动式安装于第二转轴35轴向的一端，第二转轴35轴向的另一端与轴套33的侧面固定，所述轴套33套设在第一转轴32上，所述第一转轴支撑架31固定在旋转架1上，所述第一转轴32呈轴向水平的方式的安装在第一转轴支撑架31上；所述第二转轴35用于为旋转架相对于工作平台2提供第一角度旋转的自由度；所述旋转架1用于带动第一转轴32水平转动第一角度；所述第一转轴32用于为工作平台2提供以第一转轴32为轴线的第二角度旋转的自由度；所述第一角度和第二角度的配合，用于为工作平台2上的制样盒5提供三维空间条件。具体的，第一角度的调整是改变制样盒实现第二角度翻转的轴线的水平方向，第二角度是使制样盒绕改变后的轴线进行翻转调整的；通过第一角度和第二角度的配合，即可使制样盒可按照规定的角度参数进行所需方位的布置，进而在制样盒成型层状岩石试样时，增加了三维空间条件下的限定，进而模拟层状岩石体的实际情况。
42.再参照图1和图2所示，所述制备装置还包括底座4；所述旋转架1可转动式的安装于底座4上；所述底座4与工作平台2之间还设置有定位杆8；所述定位杆8用于在转动旋转架1调节第一角度时，保持工作平台2与底座4相对固定；还用于在调节第二角度时被拆除，使工作平台2具有以第一转轴为轴线旋转的自由度。底座4的设计方便整体的安装和移动，同时，也增加了重力的承受范围，使制样盒的重心位于底座的范围内，同时，定位杆的设计，使工作平台与底座保持固定，仅转动旋转架即可也使第一转轴水平旋转至指定的第一角度，使得第一角度调节更加容易，同时，工作平台2(制样盒)的方位不随第一角度的调节而发生变化，也就使得制样盒的方位与第一转轴的方向发生相对变化，实现制样盒进行第二角度调整前的轴线水平方向的调节；另外，由于工作平台2(制样盒)与底座4相对固定，也使制样盒的重心不随第一角度的调节而发生变化，进而使制样盒能够得到底座的很好的支撑，保证对制样盒支撑的稳定性；而在对工作平台进行第二角度的旋转前，拆除定位杆，解除对工作平台2的固定限制，此时，即可对工作平台进行第二角度的调节，而工作平台由于只进行第二角度的竖向的翻转，就可实现制样盒绕经第一角度调整后的轴线进行翻转至第二角度；需要注意的是，定位杆8仅是限制工作平台不相对于底座进行水平旋转，所以，不需要严格控制工作平台与底座的平行度的精度，只要使旋转架可以顺畅旋转即可
43.再参照图4和图5所示，所述轴套33的侧面在靠近轴向方向的一端的位置还设置有第二旋转角度指针331，所述第一转轴支撑架31在与轴套33轴向的端面对应的位置设置有与第二旋转角度指针331配合的第二刻度311；所述第二旋转角度指针331用于随轴套33以第一转轴32为轴线进行第二角度旋转时，配合第二刻度311指示第二角度的数值；所述连接件3还包括第一旋转锁定件34，所述第一旋转锁定件34用于使工作平台2保持第二角度的状态。其中，第一转轴支撑架31为两个，轴套33套在第一转轴32位于两个第一转轴支撑架31之
间的区域，轴套的两个端面与两个第一转轴支撑架31相靠近的端面接触，同时，轴套的一个或两个端面设置有凹凸部，第一转轴支撑架31的端面也设置有相配合的凹凸部，第一转轴在两个第一转轴支撑架31外侧的部分设置有外螺纹，第一放旋转锁定件34采用螺母，通过两个螺母分别与第一转轴两端的外螺纹配合，当两个螺母相互靠近而锁紧时，两个第一转轴支撑架31通过自身轻微变形而夹紧轴套，使凹凸部配合卡紧，而螺母的锁紧，也会使第一转轴被固定在第一转轴支撑架中，不能转动，进而，使第二角度被保持。
44.再参照图6所示，所述工作平台2包括第二板体21；所述制样盒5安装于第二板体21靠后侧的区域上，所述制样盒5的前侧具有开口，所述第二板体21在制样盒5的开口方向的一侧对应的区域设置有节理片组件6。
45.再参照图7至图12所示，所述节理片组件6包括框架61、多个节理片调节单元62、至少一个节理片63；所述框架61包括后端板611、以及位于后端板611前侧的多个框格612；所述后端板611上开设有多个插孔614；所述节理片调节单元62固定在框格612中并与插孔614一一对应，所述节理片63的前端还设置有固定连接件64；所述固定连接件64穿过插孔614后与对应的节理片调节单元62安装连接；所述后端板611构成制样盒5的前侧密封面，所述节理片63插设在制样盒5内；所述节理片组件6还包括塞子65，所述塞子65的前端还设置有固定连接件64，所述固定连接件64穿过插孔614后与对应的节理片调节单元62安装连接，所述塞子65用于替代无需使用的节理片63封堵相对应的插孔614。
46.再参照图8至图10所示，所述节理片调节单元62包括固定块621和方向盘组件622；所述方向盘组件622包括节理片连接块6221、第三转轴6222和方向盘6223；所述固定块621的中心区域设置有安装孔6212；所述第三转轴6222的后端与节理片连接块6221固定连接，第三转轴6222的前端穿过安装孔6212后与方向盘6223固定连接；所述节理片连接块6221的后端用于连接固定连接件64；所述方向盘6223用于带动第三转轴6222旋转，进而带动节理片63旋转第三角度；所述固定块621的前端位于安装孔6212的附近还设置有第三刻度6213；所述方向盘6223在与第三刻度6213相对应的位置设置有第三旋转角度指针6224；所述第三旋转角度指针6224用于随方向盘6223以第三转轴6222为轴线进行第三角度旋转时，配合第三刻度6213指示第三角度的数值；所述第三转轴6222上位于固定块621的前侧还设置有第三旋转锁定件6225；所述第三旋转锁定件6225用于使节理片63保持第三角度的状态。其中，为了方便安装，固定块621可由两个分体式固定块本体6211构成，两个分体式固定块本体6211通过插柱6214和插孔拼接，进而可快速的卡套在第三转轴6222上，然后，再置于框格中；另外，节理片连接块6221与插孔对应的位置设置有连接孔6226，连接孔6226的内壁设置螺纹，固定连接件64可采用杆，杆的前端设置有螺纹，固定连接件64与连接孔6226进行螺纹连接，使节理片与方向盘组件622固定。
47.再参照图5和图6所示，所述第二板体21的中心区域还设置有衔接孔22；所述第二转轴35的顶端穿过衔接孔22并在端部连接有限位盘37；所述限位盘37上设置有第一旋转角度指针371；所述衔接孔22附近还设置有第一刻度23；所述第一旋转角度指针371用于随限位盘37以第二转轴35为轴线相对于工作平台2旋转时，配合第一刻度23指示第一角度的数值；所述连接件还包括设置在第二转轴35上并位于工作平台2下方的第二旋转锁定件36，所述第二旋转锁定件36用于使旋转架相对于工作平台保持第一角度的状态；其中，第二转轴在位于工作平台2之下的部分具有外螺纹，第二旋转锁定件36可采用螺母，通过螺母与第二
转轴的外螺纹配合，在螺母向上旋紧时，会与限位盘37配合，使螺母与限位盘夹紧第二板体21，使第一角度被保持。
48.再参照图1、图6所示，所述制备装置还包括节理片拔出机构7；所述节理片拔出机构7包括行走装置71和行走轨道72；所述行走装置包括分别固定安装在节理片组件6的框架61的左侧和右侧的行走驱动元件、以及固定在行走驱动元件旋转端的行走轮711；所述行走轨道72包括固定在第二板体21靠左区域和靠右区域的轨道架、以及设置在轨道架并呈前后方向的轨道槽721；两个行走轮分别与对应的轨道槽721配合，用于使框架61在行走轮711与轨道槽721的配合下通过行走驱动元件的驱动，沿前后方向移动。当框架61移动至最后端时，框架61的后端板611与制样盒5的前侧的开口密封配合。当框架61移动至前端时，框架61上所安装的节理片63从制样盒脱离。再参照图6和图7所示，为了使框架61可以平稳的移动，在框架61的底侧还设置有辅助轮613，一方面可对框架很好的支撑，使行走轮711和轨道槽721仅提供前后的动力，而不负载框架的重力，另一方面，也使框架与工作平台为滑动接触，提高框架前后移动的顺畅程度；另外，工作平台2上在与辅助轮613行走路径所对应的区域还设置有辅助轨道，进一步的对框架的前后移动进行辅助定位，保证节理片组件整体插拔的准确，进一步实现“零扰动”。
49.再参照图4所示，所述旋转架1包括第一板体11；所述第一转轴支撑架31固定于第一板体11的中间区域；所述第一板体11在第一转轴的轴向的两侧对应的第一板体11侧面的附近区域设置有辅助支撑块14；所述辅助支撑块14的顶面设置为弧形，该弧形用于使辅助支撑块14的顶面在工作平台2进行第二角度旋转时，保持与工作平台2的底面接触。进而实现对工作平台2的辅助支撑，提高工作平台2的稳定性；所述第一板体11的底面在靠近外周的位置设置有呈圆周分布的多个支撑柱12；所述底座4包括第三板体41；第三板体41在中间区域设置有圆环形的旋转轨道42；所述支撑柱12与旋转轨道42配合，用于实现旋转架1相对于底座4进行第一角度的旋转；所述支撑柱12的底部还设置有第四旋转锁定件13；所述第四旋转锁定件13用于使旋转架相对于底座4保持第一角度的状态。另外，为了配合定位杆的功能，第二板体21与第三板体41在相对应的位置(竖向投影相同的位置)分别开设有第一定位杆安装孔25和第二定位杆安装孔43，通过定位杆锁定件81对穿设于第一定位杆安装孔25和第二定位杆安装孔43在孔的上下两侧进行锁定，通常可采用定位杆的两端设置外螺纹，采用螺母作为定位杆锁定件进行锁定操作；还有，为了保证第三板体41的支撑的稳定性，第三板体41的四周安装有支脚，支脚的设置，即可保证整体支撑的稳定性，还可垫高第三板体41，为旋转轨道42留出空间。
50.本实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，先进行各部件的组装，组装时，定位杆需要安装，制样盒的顶板不要安装，各锁定件处于锁定状态；使用时，根据目标试样层理面方位，先松开第二旋转锁定件和第四旋转锁定件，工作平台目前是处于通过定位杆与底座的方位锁定的状态；转动旋转架，使第一旋转角度指针指向第一刻度所需求的第一角度，然后，锁紧第二旋转锁定件和锁紧第四旋转锁定件，即完成第一角度的调整；然后，再松开第一旋转锁定件，工作平台目前仅具有绕第一转轴转动的自由度，操作工作平台绕第一转轴转动，使第二旋转角度指针指向第二刻度所需求的第二角度，然后，锁紧第一旋转锁定件，即完成对制样盒的三维方位的调整。然后，根据试样制备的需求，在所需的节理片调节单元安装节理片，松开第三旋转锁定件，通过转动方向盘，使第三旋转角度指
针指向第三刻度所需求的第三角度，锁紧第三旋转锁定件，即完成对节理片的角度的调整；在所需节理片安装的同时，对不需安装节理片的节理片调节单元安装塞子，以堵住框架的插孔；然后，启动节理片拔出机构，利用行走轮和轨道槽，配合辅助轮，使框架朝向制样盒移动，直至框架的后端板与制样盒前侧的开口贴合密封，即完成制样前的准备工作(如图14所示)。然后，通过制样盒的顶侧(未安装顶板)位置，向制样盒中分层浇筑类岩石材料，待观察材料达到初凝后，再次启动节理片拔出机构，使框架远离制样盒移动，直至节理片从制样盒中完全拔出，然后，安装顶板，对制样盒内的岩石材料进行养护，即完成含裂隙的层状结构类岩石试样的制备。
51.本实施例的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，可实现三维空间条件下含裂隙层状结构类岩石试样的制备，可以实现层状类岩石试样不同位置不同角度裂隙预制，以模拟含裂隙层状岩体实际情况，还可以实现在层状类岩石材料初凝后在零扰动条件下将预制在层状类岩石材料中的节理片平稳拔出。
52.上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。
技术特征：1.一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：包括旋转架、安装于旋转架上的工作平台、安装固定于工作平台上的制样盒；所述工作平台通过连接件安装在旋转架上；所述连接件包括第一转轴支撑架、第一转轴、轴套、第二转轴；所述工作平台可转动式安装于第二转轴轴向的一端，第二转轴轴向的另一端与轴套的侧面固定，所述轴套套设在第一转轴上，所述第一转轴支撑架固定在旋转架上，所述第一转轴呈轴向水平的方式的安装在第一转轴支撑架上；所述第二转轴用于为旋转架提供相对于工作平台第一角度旋转的自由度；所述旋转架用于带动第一转轴水平转动第一角度；所述第一转轴用于为工作平台提供绕第一转轴进行第二角度旋转的自由度；所述第一角度和第二角度的配合，用于为工作平台上的制样盒提供三维空间条件。2.根据权利要求1所述的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：所述制备装置还包括底座；所述旋转架可转动式的安装于底座上；所述底座与工作平台之间还设置有定位杆；所述定位杆用于在转动旋转架调节第一角度时，保持工作平台与底座相对固定；还用于在调节第二角度时被拆除，使工作平台具有绕第一转轴旋转的自由度。3.根据权利要求1所述的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：所述轴套的侧面在靠近轴向方向的一端的位置还设置有第二旋转角度指针，所述第一转轴支撑架在与轴套轴向的端面对应的位置设置有与第二旋转角度指针配合的第二刻度；所述第二旋转角度指针用于随轴套以第一转轴为轴线进行第二角度旋转时，配合第二刻度指示第二角度的数值；所述连接件还包括第一旋转锁定件，所述第一旋转锁定件用于使工作平台保持第二角度的状态。4.根据权利要求1所述的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：所述工作平台包括第二板体；所述制样盒安装于第二板体靠后侧的区域上，所述制样盒的前侧具有开口，所述第二板体在制样盒的开口方向的一侧对应的区域设置有节理片组件；所述节理片组件包括框架、多个节理片调节单元、至少一个节理片；所述框架包括后端板、以及位于后端板前侧的多个框格；所述后端板上开设有多个插孔；所述节理片调节单元固定在框格中并与插孔一一对应，所述节理片的前端还设置有固定连接件；所述固定连接件穿过插孔后与对应的节理片调节单元安装连接；所述后端板构成制样盒的前侧密封面，所述节理片插设在制样盒内。5.根据权利要求4所述的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：所述节理片组件还包括塞子，所述塞子的前端还设置有固定连接件，所述固定连接件穿过插孔后与对应的节理片调节单元安装连接，所述塞子用于替代无需使用的节理片封堵相对应的插孔。6.根据权利要求5所述的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：所述节理片调节单元包括固定块和方向盘组件；所述方向盘组件包括节理片连接块、第三转轴和方向盘；所述固定块的中心区域设置有安装孔；所述第三转轴的后端与节理片连接块固定连接，第三转轴的前端穿过安装孔后与方向盘固定连接；所述节理片连接块的后端用于连接固定连接件；所述方向盘用于带动第三转轴旋转，进而带动节理片旋转第三角度；所述固定块的前端位于安装孔的附近还设置有第三刻度；所述方向盘在与第三刻度相对应的位置设置有第三旋转角度指针；所述第三旋转角度指针用于随方向盘以第三转轴为轴线进行第三角度旋转时，配合第三刻度指示第三角度的数值；所述第三转轴上位于固定块的
前侧还设置有第三旋转锁定件；所述第三旋转锁定件用于使节理片保持第三角度的状态。7.根据权利要求4所述的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：所述第二板体的中心区域还设置有衔接孔；所述第二转轴的顶端穿过衔接孔并在端部连接有限位盘；所述限位盘上设置有第一旋转角度指针；所述衔接孔附近还设置有第一刻度；所述第一旋转角度指针用于随限位盘以第二转轴为轴线相对于工作平台旋转时，配合第一刻度指示第一角度的数值；所述连接件还包括设置在第二转轴上并位于工作平台下方的第二旋转锁定件，所述第二旋转锁定件用于使旋转架相对于工作平台保持第一角度的状态。8.根据权利要求4所述的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：所述制备装置还包括节理片拔出机构；所述节理片拔出机构包括行走装置和行走轨道；所述行走装置包括分别固定安装在节理片组件的框架的左侧和右侧的行走驱动元件、以及固定在行走驱动元件旋转端的行走轮；所述行走轨道包括固定在第二板体靠左区域和靠右区域的轨道架、以及设置在轨道架并呈前后方向的轨道槽；两个行走轮分别与对应的轨道槽配合，用于使框架在行走轮与轨道槽的配合下通过行走驱动元件的驱动，沿前后方向移动。9.根据权利要求1所述的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：所述旋转架包括第一板体；所述第一转轴支撑架固定于第一板体的中间区域；所述第一板体在第一转轴的轴向的两侧对应的第一板体侧面的附近区域设置有辅助支撑块；所述辅助支撑块的顶面设置为弧形，该弧形用于使辅助支撑块的顶面在工作平台进行第二角度旋转时，保持与工作平台的底面接触。10.根据权利要求9所述的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，其特征在于：所述第一板体的底面在靠近外周的位置设置有呈圆周分布的多个支撑柱；所述底座包括第三板体；第三板体在中间区域设置有圆环形的旋转轨道；所述支撑柱与旋转轨道配合，用于实现旋转架相对于底座进行第一角度的旋转；所述支撑柱的底部还设置有第四旋转锁定件；所述第四旋转锁定件用于使旋转架相对于底座保持第一角度的状态。
技术总结本发明涉及了一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，包括旋转架、工作平台、制样盒；工作平台通过连接件安装在旋转架上；连接件包括第一转轴支撑架、第一转轴、轴套、第二转轴；工作平台可转动式安装于第二转轴的一端，第二转轴的另一端与轴套固定，轴套套设在第一转轴上，第一转轴支撑架固定在旋转架上，第一转轴呈轴向水平的方式安装在第一转轴支撑架上；旋转架用于带动第一转轴水平转动第一角度；第一转轴用于为工作平台提供绕第一转轴的进行第二角度旋转的自由度；进而为工作平台上的制样盒提供三维空间条件。本发明的一种含裂隙的层状结构类岩石试样的制备装置，可实现三维空间条件下含裂隙层状结构类岩石试样的制备。备。备。
技术研发人员：崔洁 蔡开健 张友良 路平 麻力元
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：2022.06.17
技术公布日：2022/11/1
