专利名称：直剪试验中结构面试样的防沉降夹的制作方法
技术领域：
本发明属于工程技术领域，涉及到试验“使用携带式剪切仪测定结构面剪切强度” 中结构面模型的制作环节，适合固定结构面试样的平面尺寸范围为5CmX5Cm-13CmX13Cm。
背景技术：
岩土工程中为了评价岩体结构面的稳定性，需要通过直剪试验得到结构面的抗剪 强度指标。抗剪强度指标是地质、水利、交通等相关工程中工程设计和稳定性评价中非常 重要的参数之一，抗剪强度指标如果不可靠将直接导致工程应用时造成较大偏差。在使用 XJ-I型携带式剪切仪进行传统的直剪试验中，要先制作结构面模型，在制作过程中存在较 多不足有待改进，其中很重要的一点不足叙述如下浇注时，在半个样模内加少量的水泥砂 浆，将试样居中放入，使受剪面高出样模边框4-5mm，并使之水平；同时保持剪切方向与模 具框长边方向一致，随后注入水泥砂浆填满捣实。在完成以上操作后，由于水泥砂浆的流 动性以及结构面试样的重力作用，结构面调整水平后在水泥砂浆凝固过程中发生不均勻沉 降。由于结构面试样不均勻沉降，将产生以下几种后果。第一种情况是导致结构面不 再水平，出现了误差角，所制结构面模型在进行直剪试验时，结构面与仪器所加竖直力不 能垂直，导致竖直力与剪切方向是不垂直的；第二种情况是导致结构面高出样模边框不到 4-5mm，通过大量统计，结构面平均会下降2_3mm，这时结构面只高出水泥面l_2mm，在进行 直剪试验时，在竖直力和水平力作用下，会发生上下两个模型的水泥之间摩擦受剪的情况， 导致水平压力表读数偏大；第三种情况是结构面下沉至水泥砂浆中，导致此结构面模型制 作失败，该结构面试样作废。综上所述，三种情况都将严重影响试验数据的准确性和可靠 性。因此，如果能通过结构面试样的防沉降夹消除结构面的不均勻沉降，避免以上三种情况 的出现，将会很大程度上提高直剪试验数据的准确性和可靠性。本发明旨在消除上述所提 的不均勻沉降，通过使用固定框将结构面试样固定不动，避免了不均勻沉降的发生。
发明内容
本发明的目的是解决结构面模型制作时存在不均勻沉降的缺点，本发明提供了一 种固定结构面试样的防沉降夹。该防沉降夹不仅结构简单、操作方便、拆卸容易而且造价不 高，经济又实惠。为了解决上述结构面不均勻沉降问题，所提出的技术方案如下直剪试验结构面试样的防沉降夹包括以下几部分外框架、活动长板2块、橡胶薄 片2块、小型圆柱螺旋拉伸弹簧2个、弹簧固定环4个、拧紧螺栓4个；外框架为长方形框 架，一端开口，由两根等长的截面为长方形的长条钢杆(以下简称长杆)和一根短条钢杆 (以下简称短杆)组成，两根长杆平行并通过短杆连接，每根长杆的内侧均挖有滑槽，呈倒 下的“T字形”，供活动长板的两端在滑槽内移动，活动长板可以从开口端取出；活动长板为 长方形薄钢板，其与结构面试样接触的一侧贴有摩擦系数大的橡胶薄片，其两端有与“T字形”凹槽相吻合的固定端；弹簧为拉伸弹簧，端部结构型式为圆钩环型，代号L 11(摘自GB/ T1239. 6-1992)；弹簧固定环有螺纹的一端通过拧紧螺栓固定在活动长板上，有固定环的一 端用于连接弹簧。结构面试样的防沉降夹，外框架的长杆长为20cm，截面为长方形，短边长为1cm， 长边长为2cm ；长杆上的凹槽呈倒下的“T字形”，"T字形”翼缘长为1. 4cm,宽为0. 3cm,梁 肋部分长0. 3cm,宽0. 4cm ；短杆为实心杆，长18cm，截面为长方形，短边长为1cm，长边长 为2cm ；活动长板钢板部分长为18cm，宽为2cm，厚为0. 5cm，橡胶薄片部分长17. 6cm,宽为 2cm，厚0. 3cm，橡胶薄片两端各距框架0. 2cm ；长板两端的固定端呈“Τ字形”，“Τ字形”翼缘 长为1. 4cm,宽为0. 3cm，梁肋部分长0. 3cm,宽0. 4cm，厚0. 5cm ；长板上两个螺纹孔洞，直径 为0. 2cm,圆心距两边宽均为1. 5cm ；圆心距上、下底边均为Icm ；拉伸弹簧材料截面直径为 1.2mm，有效圈数25圈，自由高度40mm，弹簧中径10mm。由于XJ-I型携带式剪切仪所搭配的制作模具的尺寸限制，对结构面试样的规格 要求为长轴8-lOcm，高约7-8cm的近似方块体；根据以上各部件的尺寸设计，本防沉降夹适 合于平面尺寸范围为5cmX5cm-13cmX13cm的结构面试样。本发明的技术效果是将用弹簧连接的两块活动长板拉开，外框架放置在浇注模 具侧板的顶面上，调整两块长板，使其内侧与结构面试样贴紧，通过弹簧的收缩力将结构面 夹紧固定好，保证了结构面试样在水泥砂浆中不发生不均勻沉降。
图1是结构面试样的固定框俯视2是A向局部示意3是活动长板俯视4是活动长板侧视1中，1-外框架的长杆；2-长杆内凹槽；3-橡胶薄片；4-拧紧螺栓；5-活动长板 薄钢板；6-小型圆柱螺旋拉伸弹簧；7-弹簧固定环；8-外框架的短杆；9-尺寸为ScmXScm 的标准结构面试样。图2中，2-长杆内凹槽。图3中，3-橡胶薄片；5-活动长板薄钢板；10-活动长板端部。图4中，3-橡胶薄片；5-活动长板薄钢板；10-活动长板端部。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。参照图1到图4，直剪试验结构面试样的防沉降夹包括以下几部分外框架、活动 长板2块、橡胶薄片(3)2块、小型圆柱螺旋拉伸弹簧(6)2个、弹簧固定环(7)4个、拧紧螺 栓个；外框架为长方形框架，一端开口，由两根等长的截面为长方形的长条钢杆(1) (以下简称长杆)和一根短条钢杆(8)(以下简称短杆)组成，两根长杆(1)平行并通过短 杆⑶连接，每根长杆⑴的内侧均挖有滑槽O)，呈倒下的“T字形”，供活动长板的两端 (10)在滑槽( 内移动；活动长板为长方形薄钢板(5)，其与结构面试样接触的一侧贴有摩 擦系数大的橡胶薄片(3)，其两端有与“T字形”凹槽相吻合的固定端(10)；弹簧(6)弹簧为拉伸弹簧，呈圆柱状，端部结构型式为圆钩环型，代号L II ；弹簧固定环(7)有螺纹的一 端通过拧紧螺栓固定在活动长板( 上，有固定环的一端用于连接弹簧(6)。为了说明直剪试验结构面试样的防沉降夹的操作过程，本实施以尺寸为ScmXScm 的结构面试样的模型制作过程为例进行说明。(1)结构面试样的浇筑与调平结构面模型制作前，在模具前后侧板内壁涂上一层薄黄油层，并复上一张牛皮纸， 以使制作好的模型易与前后侧板内壁脱离，然后在半个模具内加少量的水泥砂浆，将试样 居中放入，使受剪面高出样模边框4-5mm，并使之水平；同时保持剪切方向与模具框长边方
向一致。(2)用防沉降夹固定结构面注入水泥砂浆填满捣实，并将水泥砂浆抹平，此时使用结构面试样防沉降夹，将两 个活动长板( 拉开，再将外框架平放在浇注模具侧板的顶面上，慢慢收缩活动长板(5)， 使活动长板内侧的橡胶薄片( 与结构面试样(9)两侧面接触好，贴紧后通过弹簧(6)的 收缩力将试样夹紧，以阻止结构面发生不均勻沉降；如果结构面试样(9)两相对应的侧面 是平行的，则两块橡胶薄片C3)与结构面试样(9)两个侧面均达到整个侧面相接触，此时的 固定效果最好，但如果结构面试样(9)两相对应的侧面是不平行的，则可以将外框架平放 在浇注模具上之后，在水平面上调整外框架的位置，保证两块橡胶薄片( 中的一块能与 结构面的一个侧面尽量完全接触，此时另一个橡胶薄片(3)与结构面另一个侧面只能局部 贴紧，这种情况下固定效果不能达到最理想，但是弹簧的收缩力也足以阻止结构面的下沉。(3)结构面模型的凝固与制作模具的拆卸待水泥砂浆凝固(约12h)后，拉开两个活动长板(5)，将固定框取下即可；再将制 作好的模型从模具中取出，将模具上的水泥残渣清理干净。在制作另一半模型时因为有垫 条的存在不再需要使用防沉降夹，在空模具前后侧板内壁再次涂上一层薄黄油层，并复上 一张牛皮纸，再加适量砂浆，在模具边框两端各放一根开缝垫条，将已凝固的那一半模型倒 转，盖在另一半模具上对齐；然后从开缝中向空模具中注入砂浆，填满捣实，24h,拆去取出 试样，进行养护，这样结构面模型就制作完成了。
权利要求
1.直剪试验中结构面试样的防沉降夹包括以下几部分外框架、活动长板2块、橡胶薄 片2块、小型圆柱螺旋拉伸弹簧2个、弹簧固定环4个、拧紧螺栓4个；外框架为长方形框 架，一端开口，由两根等长的截面为长方形的长条钢杆(以下简称长杆)和一根短条钢杆 (以下简称短杆)组成，两根长杆平行并通过短杆连接，每根长杆的内侧均挖有滑槽，呈倒 下的“T字形”，供活动长板的两端在滑槽内移动，活动长板可以从开口端取出；活动长板为 长方形薄钢板，其与结构面试样接触的一侧贴有摩擦系数大的橡胶薄片，其两端有与“T字 形”凹槽相吻合的固定端；弹簧为拉伸弹簧，端部结构型式为圆钩环型，代号L 11(摘自GB/ T1239. 6-1992)；弹簧固定环有螺纹的一端通过拧紧螺栓固定在活动长板上，有固定环的一 端用于连接弹簧。
2.直剪试验中结构面试样的防沉降夹的使用方法，包括以下几个步骤1)结构面试样的浇筑与调平结构面模型制作前，在模具前后侧板内壁涂上一层薄黄 油层，并复上一张牛皮纸，以使制作好的模型易与前后侧板内壁脱离，然后在半个模具内加 少量的水泥砂浆，将试样居中放入，使受剪面高出样模边框4-5mm，并使之水平；同时保持 剪切方向与模具框长边方向一致；2)用防沉降夹固定结构面注入水泥砂浆填满捣实，并将水泥砂浆抹平，此时使用结 构面试样防沉降夹，将两个活动长板拉开，再将外框架平放在浇注模具侧板的顶面上，慢慢 收缩活动长板，使活动长板内侧的橡胶薄片与结构面试样两侧面接触好，贴紧后通过弹簧 的收缩力将试样夹紧，以阻止结构面发生不均勻沉降；如果结构面试样两相对应的侧面是 平行的，则两块橡胶薄片与结构面试样两个侧面均达到整个侧面相接触，此时的固定效果 最好，但如果结构面试样两相对应的侧面是不平行的，则可以将外框架平放在浇注模具上 之后，在水平面上调整外框架的位置，保证两块橡胶薄片中的一块能与结构面的一个侧面 尽量完全接触，此时另一个橡胶薄片与结构面另一个侧面的只能局部贴紧，这种情况下固 定效果不能达到最理想，但是弹簧的收缩力也足以阻止结构面的下沉；3)结构面模型的凝固与制作模具的拆卸待水泥砂浆凝固(约12h)后，拉开两个活动 长板，将防沉降夹取下即可；再将制作好的模型从模具中取出，将模具上的水泥残渣清理干 净；在制作另一半模型时因为有垫条的存在不再需要使用防沉降夹，在空模具前后侧板内 壁再次涂上一层薄黄油层，并复上一张牛皮纸，再加适量砂浆，在模具边框两端各放一根开 缝垫条，将已凝固的那一半模型倒转，盖在另一半模具上对齐；然后从开缝中向空模具中注 入砂浆，填满捣实，24h后，拆去取出试样，进行养护，这样结构面模型就制作完成了。
3.如权利要求1所述的直剪试验中结构面试样的防沉降夹，其特征在于由两根等长的 截面为长方形的长条钢杆和一根短条钢杆组成，两根长杆平行并通过短杆连接，每根长杆 的其中一侧均挖有长条形的滑槽。
4.如权利要求1或2所述的直剪试验中结构面试样的防沉降夹，其特征在于活动长板 为长方形薄钢板，其与结构面试样接触的一侧贴有摩擦系数大的橡胶薄片，其两端有与长 条形凹槽相吻合的固定端。
5.如权利要求1所述的直剪试验中结构面试样的防沉降夹，其特征在于小型圆柱螺旋 拉伸弹簧，其端部结构型式为圆钩环型，代号L II。
全文摘要
直剪试验中结构面试样的防沉降夹涉及到XJ-1型携带式剪切仪测定岩体中结构面剪切强度参数试验；包括外框架、活动长板、橡胶薄片、小型圆柱螺旋拉伸弹簧、弹簧固定环、拧紧螺栓。剪切试验前的结构面模型的制作过程中，在半个样模内加少量的水泥砂浆，将试样居中放入，使受剪面高出样模边框4-5mm，并使之水平，注入水泥砂浆填满捣实；此时通过观察会发现，由于水泥砂浆的流动性和结构面试样的重力作用，结构面在水泥砂浆中发生不均匀沉降，导致水泥砂浆凝固时，产生了三种对试验结果影响很大的后果。在结构面模型制作时，通过使用结构面试样的防沉降夹，将结构面夹紧使其固定不动，避免了其发生不均匀沉降。本发明属于工程技术领域。
文档编号E02D1/00GK102061685SQ201010557940
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者倪卫达, 吴建川, 徐伟, 滑帅, 胡新丽, 邹宗兴 申请人:徐伟, 胡新丽, 邹宗兴