一种制作模拟原岩表面形态结构面的模具的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及制作模拟原岩表面形态结构面的模具，包括矩形空心体的模具本体和模板，本体内壁设有对称的大小插槽，内壁两侧边设小插槽，其余大小插槽间隔设置；模板有曲面模板和光面模板，与本体内大小插槽配套使用；曲面模板插在大插槽中，光面模板插在小插槽中。曲面模板两侧面带有原岩表面形态结构面常用barton曲线，每块曲面模板两侧曲线结构相同。使用时选需要的曲面模板插入大插槽，及插光面模板；将配置并搅匀的原料倒入本体的空腔中，制成与原岩结构面力学性质相似的结构面模型，每块曲面模板两侧制成的模型作为上下盘，可代替岩石结构面进行直剪试验。本模具结构简单易操作，可得到典型的barton表面形态的结构面模型。
【专利说明】一种制作模拟原岩表面形态结构面的模具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种制作模拟原岩表面形态结构面的模具，具体地说是涉及一种在岩石力学试验中用于制作模拟barton经典表面形态岩石结构面所用的模具，适用于地质工程中采用结构面进行粗糙度系数工程设计参数的确定。
【背景技术】
[0002]岩体结构面是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带，包括层理、节理面、不整合面等等。由于结构面的存在，极大地破坏了岩体的连续性和完整性，削弱了工程岩体的力学性质及其稳定性。因而，对岩体结构面的有关性质就必须加以研究。
[0003]岩体结构面中抗剪强度参数是工程岩体稳定性分析和加固治理方案设计的重要指标，一般通过试验得到结构面的抗剪强度指标，主要为原位剪切试验和室内直剪试验，然而，现实情况是这两种方法均存在不足之处。
[0004]原位剪切试验不足之处:⑴试验设备笨重、操作复杂、工期长、费用高#)原位测试的试件的性质也仅仅是代表一定范围内的岩体结构面性质，需要进行多次试验。
[0005]与之相对应的室内直剪试验也存在许多难以克服的缺陷:(1)由于岩体内部的复杂性，要想多次完整地获得同一结构面的试样十分不易。⑵室内结构面的试验需要进行大量试验，而同时，试验是破坏性试验，试样不能重复利用，对于原本取样就困难的结构面来说，无疑增加更多取样的难度。⑶原岩结构面取样的费用较高，不易运输，难以满足大量工程试验的需要。⑷原岩结构面表面形态在自然界中是按照地质历史时期产生，在研究表面形态对抗剪强度影响时，难以获取理想的表面形态。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的为了解决现有技术中存在的直剪试验结构面试样制作的费用高、操作复杂、结果不可靠、表面形态不具有代表性等缺点，而提供一种原理明确，操作简单，价格低廉，使用效果好的制作模拟原岩表面形态结构面的模具。
[0007]本实用新型为了实现上述目的，所采用的技术方案为:提供一种制作模拟原岩表面形态结构面的模具，包括模具本体和模板，所述的模具本体为一个矩形空心体，矩形空心体的内壁有一相对的两侧设有对称的插槽，插槽有大小插槽两种，矩形空心体的内壁两侧边设置小插槽，其余小插槽与大插槽间隔设置，模具本体外壁上设有方便搬运的把手；所述的模板有两种，为曲面模板和光面模板，曲面模板和光面模板与所述模具本体的大小插槽配套使用；所述的两种模板整体四个边框构成矩形体，两种模板对应的长度、宽度相同，两种模板的长度均大于或等于模具本体的高度，两种模板的宽度均小于或等于模具本体中对应两插槽间的距离；曲面模板两侧立面为带有曲线的结构，光面模板的两侧立面是平面结构。
[0008]所述的曲面模板使用时插在模具本体的大插槽中，光面模板插在小插槽中。
[0009]所述的曲面模板至少设有10块，形成常用barton曲线系列结构，包括带有
O≤ JRC < 2、2 ≤ JRC < 4、4 ≤JRC < 6、6 ≤ JRC < 8、8 ≤JRC < 10、10 ≤JRC < 12、12 ≤JRC < 14、14 ≤JRC < 16,16 ≤ JRC < 18,18 ≤ JRC ≤ 20 的原岩表面形态结构面曲线的结构。
[0010]所述的每一块曲面模板两侧立面带有的都是相同的一种原岩表面形态结构面barton曲线结构，通过每一块曲面模板两侧制成的模型作为高度吻合的上下盘模型。
[0011]所述的曲面模板和光面模板上部两侧面均设有便于抓手的浅坑。
[0012]本实用新型中所述的光面模板为规则长方体板。所述的至少10块曲面模板是基于典型的barton结构面曲线，是岩石力学界中最具有代表性的结构面表面形态。
[0013]本实用新型提供的模具，可制作高度吻合的上下盘模型。在进行相似模拟结构面表面形态制作过程中使用模具本体，插入barton曲面模板和光面模板后，将包括砂石、水泥、水、微硅粉和高效减水剂的原材料按需要配比称量好，原料经搅拌均匀，制成与原岩结构面力学性质相似的结构面模型，用以代替岩石结构面进行抗剪强度直剪试验。
[0014]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0015]1、本实用新型的每一块曲面模板两侧立面带有的都是相同的一种原岩表面形态结构面barton曲线结构，通过每一块曲面模板两侧制成的模型可作为上下盘模型，都具有高度的吻合性。
[0016]2、本实用新型的模具原理简单易懂，多种表面形态的结构面可以通过变换曲面模板即可完成，也即只需一个模具本体。由于不需要制作很多模具本体，可以节约制作模具的总成本及减少堆放和保管很多模具问题。
[0017]3、本实用新型的模具结构简单，体积小，便于携带、方便操作、易于拆卸，使用本模具可得到典型的barton表面形态的结构面，也可以用于制作异性层面岩体，即两侧物理力学特性不同的岩体模型。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型中的模具本体结构示意图。
[0019]图2为本实用新型其中的一块barton曲面模板的结构示意图。
[0020]图3为本实用新型中光面模板的结构示意图。
[0021]图4为本实用新型中制作的10块曲面模板对应的岩石力学中典型barton结构面系列的曲线和编号。
[0022]上述图中:1_模具本体、2-大插槽、3-小插槽、4-把手、5-曲面模板、6-光面模板、7-浅坑。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型做详细具体的说明，但是本实用新型的保护范围并不局限于以下实施例。
[0024]实施例1:本实用新型提供的一种制作模拟原岩表面形态结构面的模具，其结构如图1、2、3所示，包括模具本体I和模板，本实施例的模具本体I为一个外观高130mm、宽140mm，长220mm的矩形空心体，参见图1，矩形空心体的内壁在长度方向两侧设有对称的插槽，插槽有大插槽2和小插槽3两种，矩形空心体的内壁两侧边设置小插槽3，其余的小插槽3与大插槽2间隔设置，模具本体I外壁上设有方便搬运的把手4 ;所述的模板有两种，为曲面模板5和光面模板6,曲面模板5和光面模板6与所述模具本体I中的大小插槽配套使用；曲面模板5插在模具本体I的大插槽2中，光面模板6插在小插槽3中。所述的曲面模板5和光面模板6整体四个边框构成矩形体，两种模板的长度均为160mm，两种模板的宽度均为116mm。参见图2、3，曲面模板两侧立面为带有曲线的结构，光面模板6的两侧立面是平面结构，所述的曲面模板5和光面模板6上部两侧面均设有便于抓手的浅坑7。
[0025]应用本实用新型提供的模具，制作模拟原岩表面形态结构面，其制作过程是:
[0026]1、将本实用新型的模具准备好，模具本体I为空心体内壁两侧设有5个对称的插槽，其中有两个大插槽2和三个小插槽3，根据实验需要，对应图4中的曲线找出相应的两块曲面模板5，如曲面模板编号为C、G，对应的是4≤JRC < 6,12 ≤ JRC < 14两种曲线结构面。
[0027]2、将找出的编号为C、G的两块曲面模板和三块光面模板6分别涂黄油，然后分别将C、G的两块曲面模板插入模具本体I的两个大插槽2中，将三块光面模板6分别插入小插槽3中，完成模具的组装。
[0028]3、根据相似原理，按岩石强度设计混凝土的配合比，按配合比将称量好的混凝土原材料拌匀，倒入搅拌机中充分搅拌后，倒入模具本体I与模板间的空间中，左右两侧同时进行浇筑，与此同时，打开振动台对混凝土进行震实。
[0029]4、对结构面模型在20°C下进行室内养护24小时。
[0030]5、将表面光滑的光面模板6从模具本体I中先抽出，使所有制作的模型都向空隙处稍做移动后，再把两块曲面模板5分别抽出，把制作的4块原岩表面形态结构面模型取出，放在标准养护室内继续养护。
[0031]6、编号为C、G的两块曲面模板均制得与原状结构面表面形态一致，且上下盘吻合度高的结构面模型，即得到所需的两种barton典型结构面。经过循环制作，用于进行岩石力学试验。
[0032]实施例2:按照本实用新型的设计思路，本实用新型提供的一种制作模拟原岩表面形态结构面的模具，其结构基本上与实施例1相同，包括模具本体I和模板，所述的模具本体I为一个矩形空心体，矩形空心体的内壁的插槽中，内壁两侧边设置小插槽3。其余的是小插槽3与大插槽2间隔设置，不同的是，共有三个大插槽2，四个小插槽3，制作模拟原岩表面形态结构模型时，其过程与实施例1相同，制作出的是3对结构面表面形态一致，且上下盘吻合度高的结构面模型。这样模具一次制作出的结构面模型数量更多。
[0033]本实用新型模具结构简单，体积小便于携带、操作方便、易于拆卸、制作模型效率高，可得到多种典型的barton表面形态的结构面模型，用于进行试验研究，可缩短试验周期。本实用新型的模具具有良好的推广应用前景。
【权利要求】
1.一种制作模拟原岩表面形态结构面的模具，包括模具本体和模板，其特征在于:所述的模具本体为一个矩形空心体，矩形空心体的内壁有一相对的两侧设有对称的插槽，插槽有大小插槽两种，矩形空心体的内壁两侧边设置小插槽，其余小插槽与大插槽间隔设置，模具本体外壁上设有方便搬运的把手；所述的模板有两种，为曲面模板和光面模板，曲面模板和光面模板与所述模具本体的大小插槽配套使用；所述的两种模板整体四个边框构成矩形体，两种模板对应的长度、宽度相同，两种模板的长度均大于或等于模具本体的高度，两种模板的宽度均小于或等于模具本体中对应两插槽间的距离；曲面模板两侧立面为带有曲线的结构，光面模板的两侧立面是平面结构。
2.根据权利要求1所述的制作模拟原岩表面形态结构面的模具，其特征在于:所述的曲面模板使用时插在模具本体的大插槽中，光面模板插在小插槽中。
3.根据权利要求1所述的制作模拟原岩表面形态结构面的模具，其特征在于:所述的曲面模板至少设有10块，形成常用barton曲线系列结构，包括带有O < JRC < 2、2 ≤ JRC<4、4 ≤ JRC < 6、6 ≤JRC < 8、8 ≤JRC < 10、10≤ JRC < 12、12≤JRC < 14、14 ≤ JRC<16,16 ≤ JRC < 18、18≤JRC≤20的原岩表面形态结构面曲线的结构。
4.根据权利要求1所述的制作模拟原岩表面形态结构面的模具，其特征在于:所述的每一块曲面模板两侧立面带有的都是相同的一种原岩表面形态结构面barton曲线结构，通过每一块曲面模板两侧制成的模型作为高度吻合的上下盘模型。
5.根据权利要求1所述的制作模拟原岩表面形态结构面的模具，其特征在于:所述的曲面模板和光面模板上部两侧面均设有便于抓手的浅坑。
【文档编号】G01N1/28GK203858145SQ201420291094
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】方堃, 吴琼, 江强强, 叶梦杰, 陈会行, 胡建, 杨晓庆, 王建玲 申请人:中国地质大学（武汉）