[发明专利]一种结构化胶结接触界面试样制备装置及其制备方法

权利要求书

1.一种结构化胶结接触界面试样制备装置，其特征在于，包括底座、下部模具、上部模具、叠环组、击实部件和浇筑部件；所述下部模具、叠环组和上部模具的中部分别具有用于容纳颗粒材料的空腔，所述下部模具支承于所述底座之上，所述叠环组设置于下部模具和上部模具之间，且下部模具、叠环组和上部模具之间通过限位件限制彼此的位移；所述击实部件用于压实各空腔内的颗粒材料；所述浇筑部件用于向所述下部模具和叠环组的空腔内颗粒材料间的空隙浇筑胶凝材料，以在叠环组空腔内形成由颗粒材料与胶凝材料构成的胶结体间的结构化胶结接触面，得到结构化胶结接触界面试样；所述叠环组包括多个依次交替设置的带槽叠环和带孔叠环，以及在所述带孔叠环的孔中安放的可在所述带槽叠环的槽中滚动的若干滚珠；所述下部模具的上表面开设有用于放置所述叠环组底部叠环的凹槽，所述上部模具的下表面开设有用于放置所述叠环组顶部叠环的凹槽。

2.根据权利要求1所述的结构化胶结接触界面试样制备装置，其特征在于，待结构化胶结接触界面试样制备完成后，取出所述限位件，通过向所述叠环组施加的驱动力而在各叠环之间产生的水平位移来实现对所述结构化胶结接触面的剪切。

3.根据权利要求1所述的结构化胶结接触界面试样制备装置，其特征在于，所述叠环组的厚度至少为100mm，所述带槽叠环和所述带孔叠环的厚度不超过5mm；所述下部模具、叠环组和上部模具的内直径至少为300mm。

4.根据权利要求1所述的结构化胶结接触界面试样制备装置，其特征在于，所述限位件为连接于所述下部模具、叠环组和上部模具之间的定位销杆。

5.根据权利要求1所述的结构化胶结接触界面试样制备装置，其特征在于，所述下部模具和上部模具均为对开模具；所述底座与颗粒材料的接触位置处设有止浆件。

6.根据权利要求1所述的结构化胶结接触界面试样制备装置，其特征在于，所述击实部件包括与所述下部模具、叠环组和上部模具的内直径相匹配的击实垫板，固定于所述击实垫板上表面的导向杆以及固定套设于所述导向杆上的击实锤，通过所述导向杆带动所述击实垫板和击实锤上下移动。

7.根据权利要求1所述的结构化胶结接触界面试样制备装置，其特征在于，所述浇筑部件包括浇筑筒和浇筑挡板；所述浇筑筒设置于所述上部模具上方，所述浇筑筒的底部设有多个透浆孔，所述浇筑筒的侧壁底部设有可将所述浇筑挡板嵌入和抽出的凹槽。

8.一种利用根据权利要求1～7中任一项所述结构化胶结接触界面试样制备装置制备结构化胶结接触界面试样的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、测定所用颗粒材料的物理参数，包括密度、孔隙比、摩擦角，计算所需颗粒材料的质量；确定所述胶凝材料的流动性和粘性；确定所述颗粒材料的胶结区域及形成所述胶结体所需的所述胶凝材料的灌浆量；

S2、采用分层击实的方式进行胶结体部分的所述颗粒材料的装样，控制装样高度、均匀性和密实度；向所述胶结区域内填充所述胶凝材料，所述胶凝材料将流动路径上的所述颗粒材料粘结成所述胶结体，所述胶结体部分为完全胶结，或者部分胶结；

S3、采用分层击实的方式在所述胶结体上进行散粒体部分的装样，控制装样的高度、均匀性和密实度，以获得所述结构化胶结接触界面试样的散粒体部分，散粒体与胶结体在叠环组内接触形成所述结构化胶结接触界面。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述胶凝材料为高性能水泥基胶凝材料；

所述胶结体与所述散粒体于叠环组内相互接触，通过灌注胶凝材料形成胶结体-散粒体复合结构的接触界面，通过改变叠环组的厚度以形成不同厚度的结构化胶结接触界面；通过改变胶凝材料的灌注方式及灌注位置以形成多种形态的结构化胶结接触界面，所述胶结体部分采用单次浇筑或多次浇筑的方式浇筑而成，或者采用单点浇筑或多点浇筑的方式浇筑而成。