一種巖土體模型材料膠結成形養護方法及適用于其的改進模具的制作方法
【專利摘要】一種巖土體模型材料膠結成形養護方法及適用于其的改進模具，養護方法包括步驟：S1、準備試驗工具；S2、制作改進模具；S3、采用未改進的原始模具制作巖體模型試件，采用改進模具制作土體模型試件；S4、對已制作好的巖體模型試件、土體模型試件進行加工，并準備膠結試件的巖體模型材料砂漿；S5、膠結巖體模型試件和土體模型試件；S6、養護膠結試件；S7、巖土體模型材料脫模。改進模具包括原始模具和石膏砂漿試塊。本發明利用實驗室現有模具及簡易材料工具，制作滿足物理力學試驗要求的試件，而不需另制作模具，節約了試驗成本；同時提供一個多種巖土體模型材料膠結成形養護方法，對開創及研究巖土體整體系統模型的特性提供重要基礎。
【專利說明】一種巖土體模型材料膠結成形養護方法及適用于其的改進模具
技術領域
[0001]本發明屬于土工試驗領域，具體涉及一種巖土體模型材料膠結成形養護方法及適用于其的改進模具。
【背景技術】
[0002]關于混凝土砂漿試塊試驗，以及巖土體模型材料力學試驗，對于不同的試驗測試指標或不同的測試儀器，相關試件形狀、尺寸的要求是不一的。一般的做法是，根據具體試驗對試件形狀、尺寸的要求，加工一套專用模具，來制作試驗要求的試件。這種方法，有兩個弊端:①試驗成本的增加，包括制作模具耗費的經濟成本與時間成本;②模具的有效利率用低，所制作的模具，往往在本次試驗后的相當長的一段時間內不會再次使用。另外，對于兩種模型材料膠結試件的制作，及其試驗研究，鮮見有關專利、學者的研究成果。
[0003]而在實際工程案例中，這種模型對應的原型是廣泛存在的，如，滑坡中的“滑體一剪切帶一滑床”結構，地基基礎中的“巖體一過渡帶一土體”結構以及“基礎一接觸帶一地基”結構，地層中的“下巖層一過渡帶一上巖層”結構，甚至是一些深大斷層中的“上盤一斷層帶一下盤”結構。將整個結構作為一個整體進行系統的測試及研究，除了一些工程量較大、費用較昂貴的原位測試能滿足測試及工程要求外，室內的試驗與測試很難達到預期目標。因為實際原型在尺寸上過大，試驗室里通常取結構中的各個組成部分，分別進行測試，而各個組成部分的性質并不能直觀反映整體系統的性質。
[0004]為此，在室內試驗中，可借助相似原理，采用模型試驗的手段，來研究整體系統的性質。而根據相似原理制作上述整體結構模型，是模型試驗開展的重要基礎。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的上述不足，提供一種巖土模型材料膠結成形養護方法及適用于其的改進模具，減少模型試件制作的成本(包括時間與經濟成本)，同時給出一種“上結構體一過渡帶一下結構體”巖土體模型的制作方法。
[0006]本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是:
一種巖土體模型材料膠結成形養護方法，包括以下步驟:
步驟S1、準備試驗工具:試驗工具包括凡士林、推桿、液體膠、尼龍薄膜、保鮮膜、鋼鋸、抹刀，其中原始模具采用實驗室現有的、最接近試驗要求的試模模具；
步驟S2、制作改進模具:根據試驗需要，通過原始模具連同石膏砂漿試塊一起制作得到改進模具；
步驟S3、制作巖土體模型材料試件:按照既定的巖土體模型材料配方成分，采用未改進的原始模具制作巖體模型試件，采用改進模具制作土體模型試件；
步驟S4、對已制作好的巖體模型試件、土體模型試件進行加工，并準備膠結巖體模型試件和土體模型試件的巖體模型材料砂漿； 步驟S5、膠結巖體模型試件和土體模型試件:將加工好的巖體模型試件放入原始模具中，并均勻平鋪準備好的巖體模型材料砂漿，再將加工好的土體模型試件緩慢推入前面已經鋪勻巖體模型材料砂漿、裝有加工過的巖體模型試塊的原始模具中，并用抹刀削去多余的土體模型試件，并抹平，膠結好的巖土體模型材料膠結試件包括巖體模型試件、巖體模型材料砂漿和土體模型試件；
步驟S6、養護膠結試件:將步驟S5中膠結好的巖土體模型材料膠結試件，倒置于經過隔水處理的改進模具中，同時使膠結帶出露，并對土體模型試件進行隔水處理;將巖土體模型材料膠結試件連同改進模具，靜置于實驗室內自然養護3~4天，使膠結巖體模型試件和土體模型試件的巖體模型材料砂漿強度穩定；
步驟S7、巖土體模型材料脫模:脫模方式為，采用推桿通過改進模具的脫模空壓機氣孔，推動巖土體模型材料下的石膏砂漿試塊，使巖土體模型材料脫模，最終得到養護成形的巖土體模型材料。
[0007]按上述方案，所述步驟S2中，改進模具的制作方法，包括步驟:根據試驗要求，在原始模具中澆筑一定厚度的石膏砂漿試塊，并采用密實振動臺進行振密排除氣泡，8?12h后通過原始模具底部的脫模空壓機氣孔用空壓機進行脫模，再放入干燥箱75°C干燥12h，然后在室內靜置一晝夜，即完成養護；同時，對石膏砂漿試塊的上表面進行隔水處理，在石膏砂漿試塊上表面均勻涂抹一層液體膠，并粘結一層與原始模具橫截面同樣大小的尼龍薄膜，安放在原始模具里，這樣，原始模具連同隔水處理的石膏砂漿試塊一起組成活塞結構形式的改進模具。
[0008]按上述方案，所述步驟S3中，為了便于土體模型試件的脫模，在改進模具的四周涂抹凡士林，制作好土體模型試件后用保鮮膜對土體模型試件進行密封。
[0009]按上述方案，所述步驟S4中，對巖體模型試件的加工為將巖體模型試件用鋼鋸平均鋸成兩半，并在鋸開的表面處，用鋼鋸均勻地劃出5_深、寬20_的方格，并清除模型材料碎末，得到加工后的巖體模型試件;對土體模型試件的加工為在土體模型試件的預粘結的表面用抹刀鑿毛，并清除模型材料碎末，得到加工后的土體模型試件。
[0010]按上述方案，所述步驟S4中，準備的巖體模型材料砂漿為相應巖體模型材料的配比砂漿，步驟S5中巖體模型材料砂漿均勻平鋪的方式為，先用抹刀抹平，再用砂漿密實振動臺振勻，按1.36g/cm2鋪勻巖體模型材料砂漿于加工后的巖體模型試件上。
[0011]按上述方案，所述步驟S5中，加工好的土體模型試件的推出方式為，用推桿通過改進模具的脫模空壓機氣孔，推動土體模型試件下的石膏砂漿試塊，從而使石膏砂漿試塊上的土體模型試件與已經鋪好巖體模型材料砂漿的巖體模型試件膠結。
[0012]按上述方案，所述步驟S6中，改進模具的隔水處理方式為，改進模具四周及石膏砂漿試塊與原始模具的間隙處均勻涂抹凡士林;膠結后土體模型試件的隔水處理方式為，對出露于改進模具的土體模型試件部分涂抹凡士林。
[0013]本發明還提供了一種適用于上述巖土體模型材料膠結成形養護方法的改進模具，包括原始模具和石膏砂漿試塊，原始模具底部設置脫模空壓機氣孔，石膏砂漿試塊澆筑在原始模具中。
[0014]按上述方案，所述石膏砂漿試塊的成分配比為石膏:粗砂:水=0.353:0.314:
0.333，并采用0.15%質量分數的石膏用量，添加石膏緩凝劑檸檬酸鈉;所用的石膏緩凝劑檸檬酸鈉，為檸檬酸鈉分析純試劑，并采用1/21的質量比的水溶液添加。
[0015]按上述方案，所述石膏砂漿試塊上表面均勻涂抹一層液體膠，并粘結一層與原始模具橫截面同樣大小的尼龍薄膜，安放在原始模具中。
[0016]本發明的有益效果:
1、對砂漿試件的制作，提供了一種改進模具的方式，從而節約了試驗成本，主要是模具制作的成本，包括時間與經濟成本；
2、對兩種乃至更多種類的模型材料的膠結及結合帶的制作，提供了一個多種巖土體模型材料膠結成形養護方法，采用模型試驗手段來研究多種巖土體模型材料體系的整體性質，對開創及研究巖土體整體系統模型的特性提供了重要基礎。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明“石膏砂漿試塊一原始模具”構成的改進模具縱剖面圖；
圖2為本發明改進模具與推桿配合的結構示意圖；
圖3為本發明加工后的巖體模型試件上鋪勻巖體模型材料砂漿的結構示意圖；
圖4為本發明土體模型試件在改進模具中的成形養護圖；
圖5為本發明土體模型試件的加工處理圖；
圖6為加工好的土體模型試件7的推出方式圖；
圖7為本發明巖土體模型材料的膠結成形示意圖；
圖8為本發明巖土體模型材料膠結成形后推出示意圖；
圖9為本發明巖土體模型材料倒置于改進模具中養護的結構示意圖；
圖10為本發明巖土體模型材料膠結成形養護后推出改進模具的結構示意圖；
圖中:1-原始模具，2-石膏砂漿試塊，3-脫模空壓機氣孔，4-推桿，5-巖體模型試件，6-巖體模型材料砂漿，7-土體模型試件。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實例對本發明技術方案進行詳細的描述。
[0019]如圖1所示，本發明實施例所述的改進模具，包括原始模具I和石膏砂漿試塊2，其中原始模具I采用實驗室現有的、最接近試驗要求的工程試模模具，針對內尺寸70.7mm立方體的工程試模，以及直接剪切試驗測試抗剪強度指標，改進模具的制作方式為:根據試驗要求，在原始模具I中澆筑37mm高的石膏砂漿試塊2，并采用密實振動臺進行振密排除氣泡，8?12h后通過原始模具I底部的脫模空壓機氣孔3用空壓機進行脫模，再放入干燥箱75°C干燥12h，然后在室內靜置一晝夜，即完成養護；同時，對石膏砂漿試塊2的上表面進行隔水處理，在石膏砂漿試塊2上表面均勻涂抹一層液體膠，并粘結上一層同樣大小的尼龍薄膜，安放在原始模具I里并使隔水的一面朝上，這樣，原始模具I連同隔水處理的石膏砂漿試塊2—起組成活塞結構形式的改進模具。
[0020]改進模具中，石膏砂漿試塊2的成分配比為石膏:粗砂:水=0.353:0.314:0.333，并采用0.15%質量分數的石膏用量，添加石膏緩凝劑檸檬酸鈉。所用的石膏緩凝劑檸檬酸鈉，為檸檬酸鈉分析純試劑，并采用1/21的質量比的水溶液添加。
[0021]本發明實施例所述的巖土體模型材料膠結成形養護方法，包括以下七個步驟: 步驟S1、準備試驗工具:試驗工具包括凡士林、推桿4(空油筆芯)、液體膠、原始模具I橫截面形狀的尼龍薄膜、保鮮膜、鋼鋸、抹刀；
步驟S2、制作改進模具:根據試驗需要，按照上述改進模具的制作方式，通過原始模具I連同石膏砂漿試塊2—起制作得到改進模具，改進模具與推桿4配合的結構如圖2所示；
步驟S3、制作巖土體模型材料試件:按照既定的巖土體模型材料配方成分，采用未改進的原始模具I制作巖體模型試件5，采用改進模具(1-2)制作土體模型試件7，同時為了便于土體模型試件7的脫模，在改進模具的四周涂抹凡士林，制作好土體模型試件7后用保鮮膜對土體模型試件7進行密封，制作的土體模型試件7連同改進模具如圖4所示；
步驟S4、對已制作好的巖體模型試件5、土體模型試件7進行加工，并準備膠結巖體模型試件5和土體模型試件7的巖體模型材料砂漿6(膠結材料);對巖體模型試件5的加工為將巖體模型試件5用鋼鋸平均鋸成兩半，并在鋸開的表面處，用鋼鋸均勻地劃出5mm深、寬20mm的方格，并清除模型材料碎末，得到圖3中所示的加工后的巖體模型試件5;對土體模型試件7的加工為在土體模型試件7的預粘結的表面用抹刀鑿毛，并清除模型材料碎末，得到圖5中所示的加工后的土體模型試件7;準備的巖體模型材料砂漿6為相應巖體模型材料的配比砂漿，步驟S5中巖體模型材料砂漿6均勻平鋪的方式為，先用抹刀抹平，再用砂漿密實振動臺振勾，按I.36g/cm2鋪勾巖體模型材料砂楽6于加工后的巖體模型試件5上。
[0022]步驟S5、膠結兩種試件一一巖體模型試件5和土體模型試件7:將加工好的巖體模型試件5放入原始模具I中，并均勻平鋪準備好的巖體模型材料砂漿6，如圖3所示;再將加工好的土體模型試件7緩慢推入前面已經鋪勻巖體模型材料砂漿6、裝有加工過的巖體模型試塊5的原始模具I中，加工好的土體模型試件7的推出方式如圖6所示，用推桿4通過改進模具的脫模空壓機氣孔3，推動土體模型試件7下的石膏砂漿試塊2(類似“活塞”結構形式)，從而使石膏砂漿試塊2上的土體模型試件7與已經鋪好巖體模型材料砂漿6的巖體模型試件5膠結，并用抹刀削去多余的土體模型試件7，并抹平，膠結好的巖土體模型材料膠結試件包括巖體模型試件5、巖體模型材料砂漿6和土體模型試件7，具體如圖7所示；
步驟S6、養護膠結試件:將步驟S5中膠結好的巖土體模型材料膠結試件，倒置于經過隔水處理的改進模具中，改進模具的隔水處理方式為，改進模具四周及石膏砂漿試塊2與原始模具I的間隙處均勻涂抹凡士林，以減小養護過程對土體模型試件7含水率的影響；同時使膠結帶出露，并對土體模型試件7進行隔水處理，膠結后土體模型試件7的隔水處理方式為，對出露于改進模具的土體模型試件7部分涂抹凡士林，以減小養護過程對土體模型試件7含水率的影響;巖土體模型材料膠結成形后的推出方法如圖8所示;將巖土體模型材料膠結試件(5-6-7)，連同改進模具(1-2)，靜置于實驗室內自然養護3~4天，使膠結巖土體5-7的巖體模型材料砂漿6強度穩定，巖土體模型材料倒置于改進模具中養護的結構如圖9所示；
步驟S7、巖土體模型材料脫模:如圖10所示，脫模方式為，采用推桿4通過改進模具的脫模空壓機氣孔3，推動巖土體模型材料下的石膏砂漿試塊2，使巖土體模型材料脫模，最終得到養護成形的巖土體模型材料。
[0023]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，依本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種巖土體模型材料膠結成形養護方法，其特征在于，包括以下七個步驟: 步驟S1、準備試驗工具:試驗工具包括凡士林、推桿、液體膠、尼龍薄膜、保鮮膜、鋼鋸、抹刀，其中原始模具采用實驗室現有的、最接近試驗要求的試模模具； 步驟S2、制作改進模具:根據試驗需要，通過原始模具連同石膏砂漿試塊一起制作得到改進模具； 步驟S3、制作巖土體模型材料試件:按照既定的巖土體模型材料配方成分，采用未改進的原始模具制作巖體模型試件，采用改進模具制作土體模型試件； 步驟S4、對已制作好的巖體模型試件、土體模型試件進行加工，并準備膠結巖體模型試件和土體模型試件的巖體模型材料砂漿； 步驟S5、膠結巖體模型試件和土體模型試件:將加工好的巖體模型試件放入原始模具中，并均勻平鋪準備好的巖體模型材料砂漿，再將加工好的土體模型試件緩慢推入前面已經鋪勻巖體模型材料砂漿、裝有加工過的巖體模型試塊的原始模具中，并用抹刀削去多余的土體模型試件，并抹平，膠結好的巖土體模型材料膠結試件包括巖體模型試件、巖體模型材料砂漿和土體模型試件； 步驟S6、養護膠結試件:將步驟S5中膠結好的巖土體模型材料膠結試件，倒置于經過隔水處理的改進模具中，同時使膠結帶出露，并對土體模型試件進行隔水處理;將巖土體模型材料膠結試件連同改進模具，靜置于實驗室內自然養護3~4天，使膠結巖體模型試件和土體模型試件的巖體模型材料砂漿強度穩定； 步驟S7、巖土體模型材料脫模:脫模方式為，采用推桿通過改進模具的脫模空壓機氣孔，推動巖土體模型材料下的石膏砂漿試塊，使巖土體模型材料脫模，最終得到養護成形的巖土體模型材料。2.如權利要求書I所述的巖土體模型材料膠結成形養護方法，其特征在于，所述步驟S2中，改進模具的制作方法，包括步驟:根據試驗要求，在原始模具中澆筑一定厚度的石膏砂漿試塊，并采用密實振動臺進行振密排除氣泡，8?12h后通過原始模具底部的脫模空壓機氣孔用空壓機進行脫模，再放入干燥箱75°C干燥12h，然后在室內靜置一晝夜，即完成養護；同時，對石膏砂漿試塊的上表面進行隔水處理，在石膏砂漿試塊上表面均勻涂抹一層液體膠，并粘結一層與原始模具橫截面同樣大小的尼龍薄膜，安放在原始模具里，這樣，原始模具連同隔水處理的石膏砂漿試塊一起組成活塞結構形式的改進模具。3.如權利要求書I所述的巖土體模型材料膠結成形養護方法，其特征在于，所述步驟S3中，為了便于土體模型試件的脫模，在改進模具的四周涂抹凡士林，制作好土體模型試件后用保鮮膜對土體模型試件進行密封。4.如權利要求書I所述的巖土體模型材料膠結成形養護方法，其特征在于，所述步驟S4中，對巖體模型試件的加工為將巖體模型試件用鋼鋸平均鋸成兩半，并在鋸開的表面處，用鋼鋸均勻地劃出5_深、寬20_的方格，并清除模型材料碎末，得到加工后的巖體模型試件；對土體模型試件的加工為在土體模型試件的預粘結的表面用抹刀鑿毛，并清除模型材料碎末，得到加工后的土體模型試件。5.如權利要求書I所述的巖土體模型材料膠結成形養護方法，其特征在于，所述步驟S4中，準備的巖體模型材料砂漿為相應巖體模型材料的配比砂漿，步驟S5中巖體模型材料砂漿均勻平鋪的方式為，先用抹刀抹平，再用砂漿密實振動臺振勻，按1.36g/cm2鋪勻巖體模型材料砂漿于加工后的巖體模型試件上。6.如權利要求書I所述的巖土體模型材料膠結成形養護方法，其特征在于，所述步驟S5中，加工好的土體模型試件的推出方式為，用推桿通過改進模具的脫模空壓機氣孔，推動土體模型試件下的石膏砂漿試塊，從而使石膏砂漿試塊上的土體模型試件與已經鋪好巖體模型材料砂漿的巖體模型試件膠結。7.如權利要求書I所述的巖土體模型材料膠結成形養護方法，其特征在于，所述步驟S6中，改進模具的隔水處理方式為，改進模具四周及石膏砂漿試塊與原始模具的間隙處均勻涂抹凡士林;膠結后土體模型試件的隔水處理方式為，對出露于改進模具的土體模型試件部分涂抹凡士林。8.—種適用于上述權利要求書I?7任一項所述的巖土體模型材料膠結成形養護方法的改進模具，其特征在于，包括原始模具和石膏砂漿試塊，原始模具底部設置脫模空壓機氣孔，石膏砂漿試塊澆筑在原始模具中。9.如權利要求書8所述的改進模具，其特征在于，所述石膏砂漿試塊的成分配比為石霄:粗砂:水=0.353:0.314:0.333，并米用0.15%質量分數的石霄用量，添加石霄緩凝劑梓檬酸鈉;所用的石膏緩凝劑檸檬酸鈉，為檸檬酸鈉分析純試劑，并采用1/21的質量比的水溶液添加。10.如權利要求書8所述的改進模具，其特征在于，所述石膏砂漿試塊上表面均勻涂抹一層液體膠，并粘結一層與原始模具橫截面同樣大小的尼龍薄膜，安放在原始模具中。
【文檔編號】G01N1/28GK105954079SQ201610316087
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】周傳波, 范天成, 陳友威, 李韻迪, 張帆, 張一帆, 高壇, 張震, 吳廷堯, 周家全, 吳超, 王超, 李超人, 陳東, 路世偉, 蔣楠
【申請人】中國地質大學（武漢）