一種角度和尺寸可調的鋸齒狀結構面試樣制作模具的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種角度和尺寸可調的鋸齒狀結構面試樣制作模具，包括定位底座，模具外框和齒形活動板，定位底座為設有定位標尺的矩形框體，上表面設有整排齒形槽，齒形槽的外圈兩側設有內凹止口；齒形活動板由多個可伸縮槽板與插板的組合件連接構成，插板固定在槽板中；齒形活動板通過槽板連接鉸鏈安裝在定位底座齒形槽中；模具外框罩在齒形活動板外，且放置于定位底座之上。模具的使用方法是確定好試驗的結構面起伏角度和尺寸，連接好單個槽板和插板組合件，再將組合件連成齒形活動板，安裝好齒形活動板、模具外框，對模具涂脫模劑，澆筑試樣，養護，脫模得到需要的結構面；重復上述步驟數次,可得到數個結構面。本模具結構簡單，操作方便快捷。
【專利說明】一種角度和尺寸可調的鋸齒狀結構面試樣制作模具
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種角度和尺寸可調的結構面試樣制樣模具，具體地說是一種制作用于直剪試驗鋸齒狀結構面模型的模具，尤其適用于制作上下盤相互吻合的一組鋸齒狀結構面。
【背景技術】
[0002]巖石結構面是巖體內存在著不同成因、不同特性的地質界面，結構面的存在破壞了巖體的連續性和完整性，也正是由于結構面的存在而造成巖質邊坡經常發生滑坡災害事故，因此對巖體中的結構面進行研究是解決巖質邊坡穩定性難題的關鍵。
[0003]結構面的抗剪強度很大程度上影響著巖體的穩定性，是工程設計中的重要參考指標。在傳統的直剪試驗中通常所采用的試樣結構面是原巖結構面直剪試驗，需要至少4-5個相類似的原巖結構面分別在不同正壓力條件下施加軸向壓力進行剪切直至破壞，從而獲得巖體結構面的抗剪強度，采用摩爾-庫倫理論求得總抗剪強度參數和有效抗剪強度參數。然而在野外取原巖結構面試樣時無法在同一處取得多個完全一致的樣品，進而使得結構面試驗結果與實際存在著較大誤差，對工程設計造成嚴重的影響。
[0004]同時采用原巖結構面也存在多種不足:(I)原巖結構面的現場取樣的成本高，運輸困難，試驗周期長，且試驗樣本較少，使得試驗結果離散度高，很難統計，更難以滿足大量工程的需要。(2)由于原巖結構面的上下盤在取樣、切割、搬運及安裝過程中結構面的表面形態易破損，造成上下盤結構面吻合度差，而結構面的表面形態是影響抗剪強度的重要因素，因此會對試驗結果造成較大誤差。(3)不能進行多種起伏度的結構面直剪試驗，一個原巖結構面只能進行一次破壞性試驗，因此不能得到不同起伏角度的試樣。(4)對于如泥巖之類軟巖在野外難于取得原巖結構面，表面形態各異，其對巖體穩定性又影響頗大，只能在室內模型試驗的基礎上研究其力學特性。
[0005]由于上述原因，如果能把原巖結構面的表面形態及吻合度復制出來，并且模擬出現場無法取樣出的巖體結構面，就可以代替原巖結構面進行直剪試驗。但是采用現有的結構面模具的制作技術，只能制作出接觸面水平的結構面，而在自然條件下，結構面呈現出多種起伏狀態，且結構面的表面形態對結構面的抗剪強度參數有著較大的影響。因此，必須制作出上下盤吻合度高及多種起伏度角度直剪試驗結構面模型的制作模具對結構面的理論研究及工程應用具有重要意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為了解決現有巖石結構面現場取樣難、制樣成本高、結果不可靠及不能體現特殊性的缺點，而提供一種操作方便、精度高、速度快，尤其能夠制作上、下盤吻合度高、多尺度及多種起伏角度、上下盤異性的直剪試驗結構面模型的制作模具。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用的技術措施是:提供一種角度和尺寸可調的結構面試樣制樣模具，包括定位底座，模具外框和齒形活動板，所述的定位底座為一個矩形框體,定位底座的側面設有定位標尺,定位底座上表面設有整排齒形槽,整排齒形槽的外圈兩側設有內凹止口 ；所述的齒形活動板由多個可伸縮槽板與插板的組合件連接構成，所述的組合件中槽板為一端開口的空心矩形槽，槽板的一側面設有兩個螺釘孔，槽板另一端設有槽板連接鉸鏈，槽板連接鉸鏈用于兩個槽板之間鉸接；所述的插板一端插在槽板開口端中，插板通過連接螺釘固定在槽板中，插板另一端設有插板連接鉸鏈，插板連接鉸鏈用于兩個插板之間的鉸接；所述的齒形活動板通過槽板連接鉸鏈安裝在定位底座的齒形槽中；所述的模具外框為上下無底的矩形框體，模具外框的長邊側板的高度比寬邊側板高，其高度差與定位底座單個齒形槽的高度一致，模具外框的寬邊側板厚度與所述的單個齒形槽的齒間寬度一致，模具外框罩在齒形活動板外，且放置于定位底座之上，模具外框的長邊側板嵌入在定位底座的內凹止口中。
[0008]本發明所述的兩個槽板之間通過軸銷穿入槽板連接鉸鏈實現鉸接，兩個插板之間也通過軸銷穿入插板連接鉸鏈實現鉸接。
[0009]本發明所述的可伸縮槽板與插板的組合件是通過拉動插板及采用連接螺釘固定插板在槽板中的位置，實現槽板與插板的組合件的尺寸伸縮可調，也通過調節組合件安裝在定位底座的單個齒形槽的間距實現鋸齒狀角度和尺寸可調。
[0010]本發明還提供一種應用上述角度和尺寸可調的鋸齒狀結構面試樣制樣模具的方法，按如下步驟操作:
[0011]按如下步驟操作:
[0012]步驟一、使用所述的模具制作試驗模型前，先確定好要做試驗的結構面起伏角度和尺寸，將定位底座固定在水平桌面或地面上，連接好單個的槽板和插板組合件，再將單個組合件與組合件通過軸銷依次連接成多組合件的長的齒形活動板；
[0013]步驟二、根據定位底座外側的定位標尺調節好的結構面起伏角度和尺寸，依次調整齒形活動板中每個槽板和插板組合件中插板在槽板中的位置，以達到需要的起伏角度和尺寸要求，然后用連接螺釘或固定銷固定每個槽板和插板；
[0014]步驟三、將組裝好的齒形活動板安放在定位底座之上，確保每個槽板與槽板之間的活頁式的槽板連接鉸鏈都穩定地卡在定位底座的齒形槽內，然后將模具外框罩在齒形活動板外面，且放在定位底座之上，保證模具外框的長邊側板底部嵌入在定位底座兩側的內凹止口中，寬邊側板卡在定位底座的單個齒形槽內；
[0015]步驟四、對模具外框及齒形活動板的內側壁涂脫模劑處理；
[0016]步驟五、將砂、水、硅粉、水泥、減少劑按設定的配合比進行稱量，并把稱量好的原材料倒入到攪拌機中進行攪拌，攪拌均勻后，把混合材料分層倒入試樣模具內，澆筑的過程中充分振搗；澆筑完畢后將模擬巖石的上表面作成水平的；試樣保水養護14天后，把試樣連同模具一起進行翻轉，并把制得的下盤結構面模型上已用過的隔離膜去掉；
[0017]步驟六、重復步驟五，再次澆筑試樣，試樣保水養護14天后，進行脫模處理，即可得到與所制的下盤結構面起伏角度和尺寸一樣的上盤結構面；
[0018]步驟七、在制得的下盤結構面上進行涂油處理，并鋪上隔離膜，然后將上述制得的上盤結構面翻轉一百八十度放在下盤鋸齒狀結構面上，調整使得上下盤結構面鋸齒完全貼合，得到完全吻合的鋸齒狀結構面模型，繼續養護14天后可進行試樣的抗剪強度直剪試驗;[0019]步驟八、重復上述步驟二至步驟七數次，并分別調整齒形活動板中槽板和插板的重合長度，得到不同角度和尺寸的鋸齒狀結構面模型；根據結構面模型進行不同角度和尺寸的直剪試驗及分析結構面的表面形態對其抗剪強度的影響程度和抗剪強度的尺寸效應。
[0020]本發明制樣模具所述的定位底座為不銹鋼矩形框體，模具外框也為矩形金屬框，模具外框通過外框的長邊側板嵌入定位底座的內凹止口中，使模具外框可以穩定的安放在定位底座上。所述的槽板和插板也采用不銹鋼板制作，光滑平整的不銹鋼表面使插板和槽板之間拉伸方便、靈活。本模具采用模塊化思路設計，結構簡單，制作與操作均簡便。
[0021]本發明制樣模具與現有技術相比具有的有益效果是:
[0022](I)本發明模具解決原巖結構面取樣困難、吻合度差、不能做多種起伏度及工期長、費用高等缺點，本模具可以模擬制作多種不同尺度鋸齒表面起伏形態的巖體結構面，起伏角度可任意調節，可以開展不同相似配比材料進行不同強度特性的巖塊和結構面的制樣，具有適用面廣的特點，可滿足工程巖體結構面制樣要求。
[0023](2)本發明模具可依次制作結構面上下盤試樣，節省材料，且制作的結構面模型的上下盤完全吻合，極大地提高了巖體結構面直剪試驗的精度。
[0024](3)本模具為開放式制樣模具，可以方便地進行不同強度特性的巖塊和結構面的制樣，具有簡便、快捷和使用成本低的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明一種角度和尺寸可調的結構面試樣制樣模具的整體結構示意圖。
[0026]圖2為圖1中定位底座A的局部結構放大示意圖。
[0027]圖3為本發明中的模具外框結構示意圖。
[0028]圖4為本發明中的單個槽板與插板組合件結構示意圖。
[0029]圖5為本發明中多個槽板與插板組合件連接構成齒形活動板結構示意圖。
[0030]圖6為本發明中齒形活動板安裝在定位底座上的結構局部剖面示意圖。
[0031]上述圖中:1_定位底座，2_模具外框,3_齒形活動板,4_定位標尺,5-內凹止口，
6-齒形槽，7-寬邊側板，8-長邊側板，9-槽板，10-槽板連接鉸鏈，11-連接螺釘，12-插板，13-插板連接鉸鏈。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳述。
[0033]實施例1:本發明提供的一種角度和尺寸可調的結構面試樣制樣模具，其整體結構如圖1所示，本模具采用模塊化思路設計，包括定位底座1，模具外框2和齒形活動板3，所述的定位底座I為一個不銹鋼矩形框體，參見圖1、2、6，定位底座的側面設有定位標尺4，定位底座上表面設有整排齒形槽6，整排齒形槽的外圈兩側設有內凹止口 5 ;所述的齒形活動板3由多個可伸縮槽板與插板的組合件連接構成，參見圖4、5、6，所述的組合件中槽板9為一端開口的空心矩形槽，槽板的一側面設有兩個螺釘孔，槽板另一端設有槽板連接鉸鏈10，槽板連接鉸鏈用于兩個槽板9之間鉸接；所述的插板12 —端插在槽板開口端中，插板12通過連接螺釘11固定在槽板9中，插板另一端設有插板連接鉸鏈13，插板連接鉸鏈用于兩個插板12之間的鉸接；所述的齒形活動板3通過槽板連接鉸鏈10安裝在定位底座I的齒形槽6中；參見圖1、3，所述的模具外框2為上下無底的不銹鋼矩形框體，模具外框2的長邊側板8的高度比寬邊側板7高，其高度差與定位底座單個齒形槽的高度一致，模具外框2的寬邊側板7厚度與所述的單個齒形槽6的齒間寬度一致，模具外框2罩在齒形活動板3夕卜，且放置于定位底座之上，模具外框的長邊側板8嵌入在定位底座的內凹止口 5中。
[0034]本發明所述的兩個槽板9之間通過軸銷穿入槽板連接鉸鏈10實現鉸接，兩個插板12之間也通過軸銷穿入插板連接鉸鏈13實現鉸接。
[0035]本發明所述的可伸縮槽板與插板的組合件是通過拉動插板12及采用連接螺釘11固定插板在槽板中的位置，實現槽板與插板的組合件的尺寸伸縮可調。槽板9和插板12也采用不銹鋼板制作，光滑平整的不銹鋼表面使插板和槽板之間拉伸方便、靈活，本模具也通過調節組合件安裝在定位底座的單個齒形槽的間距實現鋸齒狀角度和尺寸可調。
[0036]本發明制樣模具所述齒形活動板3的寬度略小于外框寬邊側板的寬度，齒形活動板3置于模具外框2之內。所述槽板與槽板的鉸接的槽板連接鉸鏈10張開的最大尺寸與定位底座I的單個齒槽相匹配，以保證任何角度和尺寸的齒形活動板可安放在定位底座I之上，最末端的槽板9或插板12可以穩定的搭在模具外框2的后側，防止澆筑制樣時齒形結構板3的變形。
[0037]實施例2:使用本實施例1提供的一種角度和尺寸可調的結構面試樣制樣模具的方法，具體的操作步驟如下:
[0038]步驟一、使用本發明的模具制作試驗模型前，先確定好要做試驗的結構面起伏角度和尺寸，將定位底座I固定在水平桌面或地面上，連接好單個的槽板和插板組合件，再將單個組合件與組合件通過軸銷依次連接成多組合件的長的齒形活動板3。
[0039]步驟二、根據定位底座I外側的定位標尺4調節好的結構面起伏角度和尺寸，依次調整齒形活動板3中每個插板和槽板組件中插板在槽板中的位置，以達到需要的起伏角度和尺寸要求，然后用連接螺釘11固定每個槽板和插板。
[0040]步驟三、將組裝好的齒形活動板3安放在定位底座I之上，確保每個槽板與槽板之間的活頁式的槽板連接鉸鏈10都穩定的卡在定位底座I的齒形槽6內，然后將模具外框2罩在齒形活動板3外面，放在定位底座I之上，保證模具外框2的長邊側板8底部嵌入在定位底座兩側的內凹止口 5中，寬邊側板7卡在定位底座的單個齒形槽6內。
[0041]步驟四、對模具外框2及齒形活動板3的內側壁涂脫模劑處理。
[0042]步驟五、將砂、水、硅粉、水泥、減少劑按設定的配合比進行稱量，并把稱量好的原材料倒入到攪拌機中進行攪拌，攪拌均勻后，把混合材料分層倒入試樣模具內，澆筑的過程中充分振搗；澆筑完畢后將模擬巖石的上表面作成水平的；試樣保水養護14天后，把試樣連同模具一起進行翻轉，并把制得的下盤結構面模型上已用過的隔離膜去掉；
[0043]步驟六、重復步驟五，再次澆筑試樣，試樣保水養護14天后，進行脫模處理，即可得到與所制的下盤結構面起伏度和尺寸一樣的上盤結構面。
[0044]步驟七、在制得的下盤結構面上進行涂油處理，并鋪上隔離膜，然后將上述制得的上盤結構面翻轉一百八十度放在下盤鋸齒狀結構面上，調整使得上下盤結構面鋸齒完全貼合，得到完全吻合的鋸齒狀結構面模型，繼續養護14天后可進行試樣的抗剪強度直剪試驗。
[0045]步驟八、重復上述步驟二至步驟七數次，并分別調整齒形活動板的槽板和插板的重合長度，得到不同角度和尺寸的鋸齒狀結構面模型。根據結構面模型進行不同角度和尺寸的直剪試驗及分析結構面的表面形態對其抗剪強度的影響程度和抗剪強度的尺寸效應。
[0046]本發明的模具結構簡單，可以方便地進行不同強度特性的巖塊和結構面的制樣，操作簡便、快捷和使用成本低。
【權利要求】
1.一種角度和尺寸可調的鋸齒狀結構面試樣制作模具，包括定位底座，模具外框和齒形活動板，其特征在于:所述的定位底座為一個矩形框體，定位底座的側面設有定位標尺，定位底座上表面設有整排齒形槽，整排齒形槽的外圈兩側設有內凹止口 ；所述的齒形活動板由多個可伸縮槽板與插板的組合件連接構成，所述的組合件中槽板為一端開口的空心矩形槽，槽板的一側面設有兩個螺釘孔，槽板另一端設有槽板連接鉸鏈，槽板連接鉸鏈用于兩個槽板之間鉸接；所述的插板一端插在槽板開口端中，插板通過連接螺釘固定在槽板中，插板另一端設有插板連接鉸鏈，插板連接鉸鏈用于兩個插板之間的鉸接；所述的齒形活動板通過槽板連接鉸鏈安裝在定位底座的齒形槽中；所述的模具外框為上下無底的矩形框體，模具外框的長邊側板的高度比寬邊側板高，其高度差與定位底座單個齒形槽的高度一致，模具外框的寬邊側板厚度與所述的單個齒形槽的齒間寬度一致，模具外框罩在齒形活動板 外，且放置于定位底座之上，模具外框的長邊側板嵌入在定位底座的內凹止口中。
2.根據權利要求1所述的一種角度和尺寸可調的鋸齒狀結構面試樣制作模具，其特征在于:所述的兩個槽板之間通過軸銷穿入槽板連接鉸鏈實現鉸接，兩個插板之間也通過軸銷穿入插板連接鉸鏈實現鉸接。
3.根據權利要求1所述的一種角度和尺寸可調的鋸齒狀結構面試樣制作模具，其特征在于:所述的可伸縮槽板與插板的組合件是通過拉動插板及采用連接螺釘固定插板在槽板中的位置，實現槽板與插板的組合件的尺寸伸縮可調，也通過調節組合件安裝在定位底座的單個齒形槽的間距實現鋸齒狀角度和尺寸可調。
4.一種使用權利要求1所述的角度和尺寸可調的鋸齒狀結構面試樣制作模具的方法，其特征在于:按如下步驟操作: 步驟一、使用所述的模具制作試驗模型前，先確定好要做試驗的結構面起伏角度和尺寸，將定位底座固定在水平桌面或地面上，連接好單個的槽板和插板組合件，再將單個組合件與組合件通過軸銷依次連接成多組合件的長的齒形活動板； 步驟二、根據定位底座外側的定位標尺調節好的結構面起伏角度和尺寸，依次調整齒形活動板中每個槽板和插板組合件中插板在槽板中的位置，以達到需要的起伏角度和尺寸要求，然后用連接螺釘或固定銷固定每個槽板和插板； 步驟三、將組裝好的齒形活動板安放在定位底座之上，確保每個槽板與槽板之間的活頁式的槽板連接鉸鏈都穩定地卡在定位底座的齒形槽內，然后將模具外框罩在齒形活動板外面，且放在定位底座之上，保證模具外框的長邊側板底部嵌入在定位底座兩側的內凹止口中，寬邊側板卡在定位底座的單個齒形槽內； 步驟四、對模具外框及齒形活動板的內側壁涂脫模劑處理； 步驟五、將砂、水、硅粉、水泥、減少劑按設定的配合比進行稱量，并把稱量好的原材料倒入到攪拌機中進行攪拌，攪拌均勻后，把混合材料分層倒入試樣模具內，澆筑的過程中充分振搗；燒筑完畢后將模擬巖石的上表面作成水平的；試樣保水養護14天后,把試樣連同模具一起進行翻轉，并把制得的下盤結構面模型上已用過的隔離膜去掉； 步驟六、重復步驟五，再次澆筑試樣，試樣保水養護14天后，進行脫模處理，即可得到與所制的下盤結構面起伏角度和尺寸一樣的上盤結構面； 步驟七、在制得的下盤結構面上進行涂油處理，并鋪上隔離膜，然后將上述制得的上盤結構面翻轉一百八十度放在下盤鋸齒狀結構面上，調整使得上下盤結構面鋸齒完全貼合，得到完全吻合的鋸齒狀結構面模型，繼續養護14天后可進行試樣的抗剪強度直剪試驗；步驟八、重復上述步驟二至步驟七數次，并分別調整齒形活動板中槽板和插板的重合長度，得到不同角度 和尺寸的鋸齒狀結構面模型；根據結構面模型進行不同角度和尺寸的直剪試驗及分析結構面的表面形態對其抗剪強度的影響程度和抗剪強度的尺寸效應。
【文檔編號】G01N1/28GK103645081SQ201310674921
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】李長冬, 王姣, 張永權, 梁德明, 劉昕旺, 廖偉, 代先堯, 吳丹丹 申請人:中國地質大學（武漢）