斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具及方法
【專利摘要】本發明公開了一種斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具及方法，包括底板，底板上設有固定長側板、活動長側板、活動短側板、刻槽底部墊板、刻槽頂部蓋板，固定長側板的外側與底板之間設有加強肋，活動長側板的外側在底板上設有螺栓端板，螺栓端板上設有側邊螺栓，側邊螺栓的內端抵在活動長側板的外側，刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板上加工有刻槽。能進行各種裂隙幾何參數組合下的巖體模擬試件制作，且具有裂隙定位準確、試件澆筑容易、氣泡易排出、拆模方便、能夠多次重復使用等優點，能夠對試件的澆筑和養護過程進行嚴格控制。
【專利說明】斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種裂隙巖體模擬試件制作技術，尤其涉及一種斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具及方法。
【背景技術】
[0002]天然巖體由完整的巖石和不同尺度的結構面(片理、裂隙、節理、斷層、層理面、剪切帶和巖脈等)組成，這些結構面對巖體宏觀力學特性起控制作用。
[0003]目前，隨著大型水利水電工程、交通工程、采礦工程、石油天然氣開采工程，以及核廢料地下埋置、二氧化碳地下封存等工程的發展，為達到對巖體工程系統進行安全、經濟的設計，正確評估結構面對巖體的強度、變形、滲透性等力學特性的影響是至關重要的，國內外學者在裂隙巖體模擬試件力學特性方面開展了大量的試驗研究工作。
[0004]斷續裂隙巖體模擬試件力學試驗，是定量研究節理裂隙等結構面對巖體力學行為控制作用的有效方法，研究成果對巖體力學有著重要的理論意義，并在巖石工程中有廣泛的應用前景；目前的裂隙巖體模擬試件力學試驗中，缺乏關于裂隙組各幾何參數組合下的系統試驗研究，而其中最為關鍵的技術則是模具的設計和相應的試件制作方法；對裂隙巖體模擬試件模具的要求:裂隙定位準確、加工容易、拆模方便、能夠多次重復使用；對試件制作方法規范化的目的:實現對模擬材料的澆筑和養護過程進行控制，保持試件在材料性能上的穩定性，提高試驗結果的可靠性。
[0005]現有相關技術中，用于裂隙巖體模擬試件制作，多采用固定的側邊和底板，并在活動頂板上刻槽以插入金屬片、并設置澆筑孔和排氣孔。
[0006]上述現有技術至少存在以下缺點:
[0007]僅在頂板上刻槽，預制裂隙的金屬片不易插透和固定，容易在試件厚度方向發生偏斜，無法精確實現預先設計的節理排布；僅在頂板上設置排氣孔和澆注孔，當有大量預制裂隙時，不易均勻地注入模擬材料的液態混合物，且氣泡不易排出，這將大大影響試件的澆筑質量和力學性能的穩定性；僅頂板為活動可拆卸，拆模困難且試件容易缺角。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種有裂隙定位準確、試件澆筑容易、氣泡易排出、拆模方便、能夠多次重復使用的斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具及方法。
[0009]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0010]本發明的斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具，包括底板，所述底板上設有固定長側板和活動長側板，所述固定長側板的外側與所述底板之間設有加強肋，所述活動長側板的外側在底板上設有螺栓端板，所述螺栓端板上設有側邊螺栓，所述側邊螺栓的內端抵在所述活動長側板的外側；
[0011]所述固定長側板和活動長側板的內側設有兩對相對的凹槽，每對凹槽中分別插有活動短側板；[0012]所述固定長側板、活動長側板與兩塊活動短側板之間的底板上放有刻槽底部墊板，兩塊活動短側板的上部放有刻槽頂部蓋板，所述刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板上加工有刻槽。
[0013]本發明的上述的斷續裂隙巖體模擬試件的制作方法，包括步驟:
[0014]在底板上安裝活動長側板，并用底板螺絲和側邊螺栓擰緊固定；
[0015]插入一側的活動短側板，放置好刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板，并將金屬片按照設計的節理幾何排布方式插入刻槽內；
[0016]將按配比調制好的模擬材料流體狀混合物倒入模具內，在振動臺上進行振搗，待氣泡的排出后蓋上另一側活動短側板；
[0017]在混合物初凝固前將所有金屬片拔出；
[0018]待混合物完全成型后，按刻槽頂部蓋板、活動短側板、活動長側板、刻槽底部墊板的順序進行拆模；
[0019]脫模后的試件在恒溫、恒濕的養護條件下進行養護，直至達到設計的齡期。
[0020]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具及方法，能進行各種裂隙幾何參數組合下的巖體模擬試件制作，且具有裂隙定位準確、試件澆筑容易、氣泡易排出、拆模方便、能夠多次重復使用等優點。與該模具配套的試件制作方法，能夠對試件的澆筑和養護過程進行嚴格控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明實施例提供的斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具的俯視結構示意圖；
[0022]圖2為圖1的A-A向結構示意圖；
[0023]圖3為圖1的B-B向結構示意圖；
[0024]圖4為本發明實施例中刻槽頂部蓋板的結構示意圖；
[0025]圖5為本發明實施例中刻槽底部墊板的結構示意圖。
[0026]圖中:
[0027]1、固定長側板，2、加強肋，3、底板，4、刻槽頂部蓋板，5、活動長側板，6、活動短側板,7、螺栓端板，8、側邊螺栓，9、刻槽底部墊板。
【具體實施方式】
[0028]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0029]本發明的斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具，其較佳的【具體實施方式】是:
[0030]包括底板,所述底板上設有固定長側板和活動長側板，所述固定長側板的外側與所述底板之間設有加強肋，所述活動長側板的外側在底板上設有螺栓端板，所述螺栓端板上設有側邊螺栓，所述側邊螺栓的內端抵在所述活動長側板的外側；
[0031 ] 所述固定長側板和活動長側板的內側設有兩對相對的凹槽，每對凹槽中分別插有活動短側板；
[0032]所述固定長側板、活動長側板與兩塊活動短側板之間的底板上放有刻槽底部墊板，兩塊活動短側板的上部放有刻槽頂部蓋板，所述刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板上加工有刻槽。
[0033]所述固定長側板的底部用螺絲固定在底板上，所述螺栓端板和加強肋焊接在底板上，所述活動長側板的底部通過底板螺絲連接在底板上。
[0034]所述底板、固定長側板、活動長側板、活動短側板、加強肋、螺栓端板、螺栓均采用不銹鋼材料或普通鋼材，所述刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板采用亞克力材料。
[0035]本發明的上述斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具實現制作試件的方法，其較佳的【具體實施方式】包括步驟:
[0036]在底板上安裝活動長側板，并用底板螺絲和側邊螺栓擰緊固定；
[0037]插入一側的活動短側板，放置好刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板，并將金屬片按照設計的節理幾何排布方式插入刻槽內；
[0038]將按配比調制好的模擬材料流體狀混合物倒入模具內，在振動臺上進行振搗，待氣泡的排出后蓋上另一側活動短側板；
[0039]在混合物初凝固前將所有金屬片拔出；
[0040]待混合物完全成型后，按刻槽頂部蓋板、活動短側板、活動長側板、刻槽底部墊板的順序進行拆模；
[0041]脫模后的試件在恒溫、恒濕的養護條件下進行養護，直至達到設計的齡期。
[0042]本發明的斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具，能進行各種裂隙幾何參數組合下的巖體模擬試件制作，且具有裂隙定位準確、試件澆筑容易、氣泡易排出、拆模方便、能夠多次重復使用等優點。與該模具配套的試件制作方法，能夠對試件的澆筑和養護過程進行嚴格控制。
[0043]具體實施例:
[0044]如圖1、圖2、圖3所示,包括底板、固定長側板、活動長側板、活動短側板、加勁肋、螺栓端板、螺栓、刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板等。
[0045]底板、固定長側板、活動長側板、活動短側板、加勁肋板、螺栓端板、螺栓均采用不銹鋼材料或普通鋼材，而刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板則采用亞克力材料。
[0046]固定長側板用螺絲連接在底板上，螺栓端板和加勁肋板均焊接在底板，活動長側板則通過底板螺絲(圖中未示出)和側邊螺栓的方式支撐在底板上。兩個活動短側板通過固定長側板和活動長側板上的凹槽插入。
[0047]如圖4、圖5所示，對于裂隙巖體模擬試件的不同裂隙幾何參數組合，需要在刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板上采用激光技術加工相應的刻槽，例如對齊排列的水平節理裂隙的刻槽。
[0048]采用該模具進行試件制作的方法及操作步驟包括:
[0049]( I)在底板上安裝活動長側板，并用底板螺絲和側邊螺栓擰緊固定；
[0050](2)插入一側的活動短側板，放置好刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板,并將金屬片按照設計的節理幾何排布方式插入刻槽內；
[0051 ] ( 3 )將按配比調制好的模擬材料流體狀混合物倒入模具內，在振動臺上進行振搗以保證氣泡的排出后蓋上另一側活動短側板；
[0052](4)在混合物初凝固前將所有金屬片拔出；
[0053](5)待混合物完全成型后，按刻槽頂部蓋板、活動短側板、活動長側板、刻槽底部墊板的順序進行拆模；
[0054](6)脫模后的試件，在恒溫、恒濕的養護條件下進行養護，直至達到設計的齡期。
[0055]本發明采用亞克力材料制作頂部蓋板和底部墊板，便于采用激光技術按照設計的節理幾何參數進行刻槽。而在澆筑模擬材料混合物之前預先插片，保證了裂隙定位的準確性。而模具的其他主體材料為不銹鋼材料或普通鋼材，則具有加工精度高、不易變形，能夠保證多次使用而不產生較大的制作誤差。將長側板和兩個短側板設置為活動的插板，即能保證節理位置的固定，也便于澆筑、氣泡的排出和拆模。嚴格遵守所提出的制作方法，能最大程度地保證各試件基體材料力學性能的接近。
[0056]與傳統的側板固定的模具相比，斷續裂隙巖體模擬試件可拆卸模具澆筑截面大、氣泡易排出、脫模簡單方便，大大提高了試件制作的精度和效率；采用亞克力材料制作頂部蓋板和底部墊板，便于采用激光技術在頂底板切割出所設計的斷續裂隙幾何排布，提高了斷續裂隙定位的準確性；側板、底板等板件采用普通鋼材或不銹鋼材料，提高了模具的加工精度、不易變形，并可采用螺絲、螺栓、插槽等多種連接方式來實現模具的可拆卸功能、能多次重復使用；模具的各板件幾乎全部可拆卸，便于澆筑、氣泡排出且拆模方便。
[0057]本發明對模具各板件的安裝和拆卸順序以及試件制作過程中的插片、澆筑、拔片、拆模、養護等操作步驟進行了規范化，保證了試件制作的質量和標準化。
[0058]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具，其特征在于，包括底板，所述底板上設有固定長側板和活動長側板，所述固定長側板的外側與所述底板之間設有加強肋，所述活動長側板的外側在底板上設有螺栓端板，所述螺栓端板上設有側邊螺栓，所述側邊螺栓的內端抵在所述活動長側板的外側； 所述固定長側板和活動長側板的內側設有兩對相對的凹槽，每對凹槽中分別插有活動短側板； 所述固定長側板、活動長側板與兩塊活動短側板之間的底板上放有刻槽底部墊板，兩塊活動短側板的上部放有刻槽頂部蓋板，所述刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板上加工有刻槽。
2.根據權利要求1所述的斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具，其特征在于，所述固定長側板的底部用螺絲固定在底板上，所述螺栓端板和加強肋焊接在底板上，所述活動長側板的底部通過底板螺絲連接在底板上。
3.根據權利要求2所述的斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具，其特征在于，所述底板、固定長側板、活動長側板、活動短側板、加強肋、螺栓端板、螺栓均采用不銹鋼材料或普通鋼材,所述刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板采用亞克力材料。
4.一種權利要求1、2或3所述的斷續裂隙巖體模擬試件的制作模具制作試件的方法，其特征在于，包括步驟: 在底板上安裝活動長側板，并用底板螺絲和側邊螺栓擰緊固定； 插入一側的活動短側板，放置好刻槽頂部蓋板和刻槽底部墊板，并將金屬片按照設計的節理幾何排布方式插入刻槽內； 將按配比調制好的模擬材料流體狀混合物倒入模具內，在振動臺上進行振搗，待氣泡的排出后蓋上另一側活動短側板； 在混合物初凝固前將所有金屬片拔出； 待混合物完全成型后，按刻槽頂部蓋板、活動短側板、活動長側板、刻槽底部墊板的順序進行拆豐吳; 脫模后的試件在恒溫、恒濕的養護條件下進行養護，直至達到設計的齡期。
【文檔編號】G01N1/28GK103616272SQ201310641618
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】陳新, 廖志紅 申請人:中國礦業大學(北京)