一種低強度相似材料標準試件制作模具的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及低強度巖土相似材料標準試件制作技術領域，更具體涉及一種低強度相似材料標準試件制作模具，適用于低強度巖土相似材料物理模型試驗前期的相似材料配比試驗。本發明特殊的創新型設計，保證了低強度相似材料標準試件的制作精度，提高了低強度相似材料配比試驗效率。該模具內側包含高分子化合物隔離膜，提高了低強度相似材料標準試件脫模的成功率，避免了傳統模具制模時，試件與模具“黏結”的弊端。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟社會的發展，城市化進程的加快，越來越多的常住人口涌入有限的城市空間。為解決城市人口增多與用地緊張的矛盾，越來越多的城市開始利用地下空間發展地下交通。地下隧道洞室的開挖必然會對原巖造成擾動，引起圍巖應力重分布，進而影響地表建筑物的安全與穩定。特別是在圍巖強度較低的破碎地層中進行隧道開挖時，為保證施工安全，必須通過相似材料物理模型試驗來模擬施工過程中軟弱圍巖的物理力學性狀，進而通過模型試驗反推施工參數，這對于在復雜地質條件下，保證工程的安全與穩定具有重大意義。地下隧道工程施工過程中，不同的洞室開挖順序，不同的施工方法，必然會對圍巖產生不同的影響。尋找一種快捷、經濟、安全、高效的施工工序是近年來業界較為關注的一個課題。隨著施工工藝水平與機械工程的發展，地下工程隧道開挖斷面越來越大，對地表建筑物造成的施工擾動也越來越大。為了確保工程的安全與穩定，在施工過程中都會加強對地面建筑物和洞室圍巖的位移變形監測。城市建設中大斷面隧道工程出現的頻率越來越多，隨之帶來的諸多問題也越來越復雜。因此，大斷面隧道開挖已成為當前地下工程中重要且不可回避的問題。
[0003]目前，研究軟弱破碎地層隧道開挖施工過程中圍巖力學行為的主要手段多為數值分析及模型試驗，大尺度、大斷面隧道的施工方法和圍巖穩定性研究是該方向的主要課題。雖然數值分析法在研究較為復雜的施工問題時具有簡便易行的優點，但是數值計算模型往往與實際工程地質條件出入較大。因此，幾乎所有的重大工程，都會采用一定相似比的相似材料模型試驗來模擬施工工況，有的工程甚至采用1:1的原型試驗。在軟弱破碎巖體中開挖洞室施工，由于圍巖強度較低，易發生洞室垮塌、圍巖破裂等現象，因此在此種圍巖強度條件下，相似材料模型試驗成為了不可或缺的工序。
[0004]在開展低強度巖體相似材料模型試驗的過程中，選取符合現場巖體力學參數的相似材料配比是該方法的關鍵。尋找合適的相似材料配比要求開展大量的配比試驗:選取不同的相似材料配比，分別批量制作標準試件，通過單軸抗壓試驗、直接剪切試驗等來確定不同配比的物理力學參數，進而確定最終配比。同時低強度大尺度模型在澆筑、養護、開挖、加載等過程中需要配套的試驗臺架設備。近年來，國內外很多學者也在不斷推進和發展此類模型試驗方法和技術。已有許多學者在地質力學模型試驗方面開展了大量的工作，得到了許多有益的成果與結論。
[0005]目前已有的標準試件制作模具存在一些不足之處:①現有的模具在制作低強度相似材料標準試件時，由于相似材料強度低，多發生脫模失敗，試件破損，造成材料浪費，影響試驗進度；②許多標準試件模具過于追求形式簡單、造價低廉，結果不能滿足巖土相似材料強度、剛度的要求；③大多數標準試件模具主體部分采用的全封閉柱體，雖然保證了標準試件的尺寸精度，但也造成了脫模困難，在強行脫模時，造成標準試件報廢。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是在于提供一種高效、準確的制作低強度巖體相似材料標準試件的模具，力求達到結構簡單，使用方便，該模具包括頂蓋、底蓋、固定套箍、分片組合式側板、高分子化合物隔離膜。通過該模具制作的相似材料標準試件強度合理、尺寸精確，能夠快速的尋找到滿足現場巖土物理力學參數要求的相似材料配比，極大地有利于低強度圍巖相似材料物理模型試驗的研究。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
一種低強度相似材料標準試件制作模具，它由第一高強內嵌式頂蓋、第二高強內嵌式頂蓋、第一固定套箍、第二固定套箍、高分子化合物隔離膜、第一分片組合式側板、第二分片組合式側板組成，其特征在于:低強度相似材料標準試件制作模具中第一分片組合式側板、第二分片組合式側板拼裝在一起后，用第一固定套箍、第二固定套箍將第一分片組合式側板、第二分片組合式側板固定，在保證標準試件尺寸精度的同時，更便于拆模。在巖土相似材料與第一分片組合式側板、第二分片組合式側板之間布置高分子化合物隔離膜，防止相似材料與模具發生“黏結”現象，提高了低強度相似材料的成形率與拆模后的完整性。制作標準試件分層填料結束時可通過第一高強內嵌式頂蓋、第二高強內嵌式頂蓋對試件振搗壓實，保證標準試件的密實度和強度。低強度標準試件制作模具是通過第一固定套箍、第二固定套箍將第一分片組合式側板、第二分片組合式側板拼裝成整體，然后高分子化合物隔離膜“貼附”在第一分片組合式側板、第二分片組合式側板內側，第一高強內嵌式頂蓋、第二高強內嵌式頂蓋分別位于側板柱體的兩端。這種設計既保證了模具尺寸的精度，又保證了模具組合拼裝與拆裝脫模的方便、高效。
[0008]本發明具有以下的優點和效果:
①在巖土相似材料與模具側板間布置高分子化合物隔離膜，避免了相似材料與側板直接接觸，從而避免了 “黏結”現象；
②模具主體采用兩片組合式側板，兩片側板通過固定套箍拼裝在一起，既保證了模具的整體性，又便于拆模，提高配比試驗效率；
③模具柱體兩端采用嵌入式頂底蓋，在填料結束時，能夠對試件振搗壓實，保證了標準試件的密實度與強度。
[0009]④該模具制作的試件尺寸精確，且能夠在填料壓實后即拆模養護，即使含水量高、強度極低的材料也可在5分鐘內拆模，對于大批量制作標準試