一种岩土体模型材料胶结成形养护方法及适用于其的改进模具的制作方法
【专利摘要】一种岩土体模型材料胶结成形养护方法及适用于其的改进模具，养护方法包括步骤：S1、准备试验工具；S2、制作改进模具；S3、采用未改进的原始模具制作岩体模型试件，采用改进模具制作土体模型试件；S4、对已制作好的岩体模型试件、土体模型试件进行加工，并准备胶结试件的岩体模型材料砂浆；S5、胶结岩体模型试件和土体模型试件；S6、养护胶结试件；S7、岩土体模型材料脱模。改进模具包括原始模具和石膏砂浆试块。本发明利用实验室现有模具及简易材料工具，制作满足物理力学试验要求的试件，而不需另制作模具，节约了试验成本；同时提供一个多种岩土体模型材料胶结成形养护方法，对开创及研究岩土体整体系统模型的特性提供重要基础。
【专利说明】一种岩土体模型材料胶结成形养护方法及适用于其的改进模具
技术领域
[0001]本发明属于土工试验领域，具体涉及一种岩土体模型材料胶结成形养护方法及适用于其的改进模具。
【背景技术】
[0002]关于混凝土砂浆试块试验，以及岩土体模型材料力学试验，对于不同的试验测试指标或不同的测试仪器，相关试件形状、尺寸的要求是不一的。一般的做法是，根据具体试验对试件形状、尺寸的要求，加工一套专用模具，来制作试验要求的试件。这种方法，有两个弊端:①试验成本的增加，包括制作模具耗费的经济成本与时间成本;②模具的有效利率用低，所制作的模具，往往在本次试验后的相当长的一段时间内不会再次使用。另外，对于两种模型材料胶结试件的制作，及其试验研究，鲜见有关专利、学者的研究成果。
[0003]而在实际工程案例中，这种模型对应的原型是广泛存在的，如，滑坡中的“滑体一剪切带一滑床”结构，地基基础中的“岩体一过渡带一土体”结构以及“基础一接触带一地基”结构，地层中的“下岩层一过渡带一上岩层”结构，甚至是一些深大断层中的“上盘一断层带一下盘”结构。将整个结构作为一个整体进行系统的测试及研究，除了一些工程量较大、费用较昂贵的原位测试能满足测试及工程要求外，室内的试验与测试很难达到预期目标。因为实际原型在尺寸上过大，试验室里通常取结构中的各个组成部分，分别进行测试，而各个组成部分的性质并不能直观反映整体系统的性质。
[0004]为此，在室内试验中，可借助相似原理，采用模型试验的手段，来研究整体系统的性质。而根据相似原理制作上述整体结构模型，是模型试验开展的重要基础。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种岩土模型材料胶结成形养护方法及适用于其的改进模具，减少模型试件制作的成本(包括时间与经济成本)，同时给出一种“上结构体一过渡带一下结构体”岩土体模型的制作方法。
[0006]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种岩土体模型材料胶结成形养护方法，包括以下步骤:
步骤S1、准备试验工具:试验工具包括凡士林、推杆、液体胶、尼龙薄膜、保鲜膜、钢锯、抹刀，其中原始模具采用实验室现有的、最接近试验要求的试模模具；
步骤S2、制作改进模具:根据试验需要，通过原始模具连同石膏砂浆试块一起制作得到改进模具；
步骤S3、制作岩土体模型材料试件:按照既定的岩土体模型材料配方成分，采用未改进的原始模具制作岩体模型试件，采用改进模具制作土体模型试件；
步骤S4、对已制作好的岩体模型试件、土体模型试件进行加工，并准备胶结岩体模型试件和土体模型试件的岩体模型材料砂浆； 步骤S5、胶结岩体模型试件和土体模型试件:将加工好的岩体模型试件放入原始模具中，并均匀平铺准备好的岩体模型材料砂浆，再将加工好的土体模型试件缓慢推入前面已经铺匀岩体模型材料砂浆、装有加工过的岩体模型试块的原始模具中，并用抹刀削去多余的土体模型试件，并抹平，胶结好的岩土体模型材料胶结试件包括岩体模型试件、岩体模型材料砂浆和土体模型试件；
步骤S6、养护胶结试件:将步骤S5中胶结好的岩土体模型材料胶结试件，倒置于经过隔水处理的改进模具中，同时使胶结带出露，并对土体模型试件进行隔水处理;将岩土体模型材料胶结试件连同改进模具，静置于实验室内自然养护3~4天，使胶结岩体模型试件和土体模型试件的岩体模型材料砂浆强度稳定；
步骤S7、岩土体模型材料脱模:脱模方式为，采用推杆通过改进模具的脱模空压机气孔，推动岩土体模型材料下的石膏砂浆试块，使岩土体模型材料脱模，最终得到养护成形的岩土体模型材料。
[0007]按上述方案，所述步骤S2中，改进模具的制作方法，包括步骤:根据试验要求，在原始模具中浇筑一定厚度的石膏砂浆试块，并采用密实振动台进行振密排除气泡，8?12h后通过原始模具底部的脱模空压机气孔用空压机进行脱模，再放入干燥箱75°C干燥12h，然后在室内静置一昼夜，即完成养护；同时，对石膏砂浆试块的上表面进行隔水处理，在石膏砂浆试块上表面均匀涂抹一层液体胶，并粘结一层与原始模具横截面同样大小的尼龙薄膜，安放在原始模具里，这样，原始模具连同隔水处理的石膏砂浆试块一起组成活塞结构形式的改进模具。
[0008]按上述方案，所述步骤S3中，为了便于土体模型试件的脱模，在改进模具的四周涂抹凡士林，制作好土体模型试件后用保鲜膜对土体模型试件进行密封。
[0009]按上述方案，所述步骤S4中，对岩体模型试件的加工为将岩体模型试件用钢锯平均锯成两半，并在锯开的表面处，用钢锯均匀地划出5_深、宽20_的方格，并清除模型材料碎末，得到加工后的岩体模型试件;对土体模型试件的加工为在土体模型试件的预粘结的表面用抹刀凿毛，并清除模型材料碎末，得到加工后的土体模型试件。
[0010]按上述方案，所述步骤S4中，准备的岩体模型材料砂浆为相应岩体模型材料的配比砂浆，步骤S5中岩体模型材料砂浆均匀平铺的方式为，先用抹刀抹平，再用砂浆密实振动台振匀，按1.36g/cm2铺匀岩体模型材料砂浆于加工后的岩体模型试件上。
[0011]按上述方案，所述步骤S5中，加工好的土体模型试件的推出方式为，用推杆通过改进模具的脱模空压机气孔，推动土体模型试件下的石膏砂浆试块，从而使石膏砂浆试块上的土体模型试件与已经铺好岩体模型材料砂浆的岩体模型试件胶结。
[0012]按上述方案，所述步骤S6中，改进模具的隔水处理方式为，改进模具四周及石膏砂浆试块与原始模具的间隙处均匀涂抹凡士林;胶结后土体模型试件的隔水处理方式为，对出露于改进模具的土体模型试件部分涂抹凡士林。
[0013]本发明还提供了一种适用于上述岩土体模型材料胶结成形养护方法的改进模具，包括原始模具和石膏砂浆试块，原始模具底部设置脱模空压机气孔，石膏砂浆试块浇筑在原始模具中。
[0014]按上述方案，所述石膏砂浆试块的成分配比为石膏:粗砂:水=0.353:0.314:
0.333，并采用0.15%质量分数的石膏用量，添加石膏缓凝剂柠檬酸钠;所用的石膏缓凝剂柠檬酸钠，为柠檬酸钠分析纯试剂，并采用1/21的质量比的水溶液添加。
[0015]按上述方案，所述石膏砂浆试块上表面均匀涂抹一层液体胶，并粘结一层与原始模具横截面同样大小的尼龙薄膜，安放在原始模具中。
[0016]本发明的有益效果:
1、对砂浆试件的制作，提供了一种改进模具的方式，从而节约了试验成本，主要是模具制作的成本，包括时间与经济成本；
2、对两种乃至更多种类的模型材料的胶结及结合带的制作，提供了一个多种岩土体模型材料胶结成形养护方法，采用模型试验手段来研究多种岩土体模型材料体系的整体性质，对开创及研究岩土体整体系统模型的特性提供了重要基础。
【附图说明】
[0017]图1为本发明“石膏砂浆试块一原始模具”构成的改进模具纵剖面图；
图2为本发明改进模具与推杆配合的结构示意图；
图3为本发明加工后的岩体模型试件上铺匀岩体模型材料砂浆的结构示意图；
图4为本发明土体模型试件在改进模具中的成形养护图；
图5为本发明土体模型试件的加工处理图；
图6为加工好的土体模型试件7的推出方式图；
图7为本发明岩土体模型材料的胶结成形示意图；
图8为本发明岩土体模型材料胶结成形后推出示意图；
图9为本发明岩土体模型材料倒置于改进模具中养护的结构示意图；
图10为本发明岩土体模型材料胶结成形养护后推出改进模具的结构示意图；
图中:1-原始模具，2-石膏砂浆试块，3-脱模空压机气孔，4-推杆，5-岩体模型试件，6-岩体模型材料砂浆，7-土体模型试件。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实例对本发明技术方案进行详细的描述。
[0019]如图1所示，本发明实施例所述的改进模具，包括原始模具I和石膏砂浆试块2，其中原始模具I采用实验室现有的、最接近试验要求的工程试模模具，针对内尺寸70.7mm立方体的工程试模，以及直接剪切试验测试抗剪强度指标，改进模具的制作方式为:根据试验要求，在原始模具I中浇筑37mm高的石膏砂浆试块2，并采用密实振动台进行振密排除气泡，8?12h后通过原始模具I底部的脱模空压机气孔3用空压机进行脱模，再放入干燥箱75°C干燥12h，然后在室内静置一昼夜，即完成养护；同时，对石膏砂浆试块2的上表面进行隔水处理，在石膏砂浆试块2上表面均匀涂抹一层液体胶，并粘结上一层同样大小的尼龙薄膜，安放在原始模具I里并使隔水的一面朝上，这样，原始模具I连同隔水处理的石膏砂浆试块2—起组成活塞结构形式的改进模具。
[0020]改进模具中，石膏砂浆试块2的成分配比为石膏:粗砂:水=0.353:0.314:0.333，并采用0.15%质量分数的石膏用量，添加石膏缓凝剂柠檬酸钠。所用的石膏缓凝剂柠檬酸钠，为柠檬酸钠分析纯试剂，并采用1/21的质量比的水溶液添加。
[0021]本发明实施例所述的岩土体模型材料胶结成形养护方法，包括以下七个步骤: 步骤S1、准备试验工具:试验工具包括凡士林、推杆4(空油笔芯)、液体胶、原始模具I横截面形状的尼龙薄膜、保鲜膜、钢锯、抹刀；
步骤S2、制作改进模具:根据试验需要，按照上述改进模具的制作方式，通过原始模具I连同石膏砂浆试块2—起制作得到改进模具，改进模具与推杆4配合的结构如图2所示；
步骤S3、制作岩土体模型材料试件:按照既定的岩土体模型材料配方成分，采用未改进的原始模具I制作岩体模型试件5，采用改进模具(1-2)制作土体模型试件7，同时为了便于土体模型试件7的脱模，在改进模具的四周涂抹凡士林，制作好土体模型试件7后用保鲜膜对土体模型试件7进行密封，制作的土体模型试件7连同改进模具如图4所示；
步骤S4、对已制作好的岩体模型试件5、土体模型试件7进行加工，并准备胶结岩体模型试件5和土体模型试件7的岩体模型材料砂浆6(胶结材料);对岩体模型试件5的加工为将岩体模型试件5用钢锯平均锯成两半，并在锯开的表面处，用钢锯均匀地划出5mm深、宽20mm的方格，并清除模型材料碎末，得到图3中所示的加工后的岩体模型试件5;对土体模型试件7的加工为在土体模型试件7的预粘结的表面用抹刀凿毛，并清除模型材料碎末，得到图5中所示的加工后的土体模型试件7;准备的岩体模型材料砂浆6为相应岩体模型材料的配比砂浆，步骤S5中岩体模型材料砂浆6均匀平铺的方式为，先用抹刀抹平，再用砂浆密实振动台振勾，按I.36g/cm2铺勾岩体模型材料砂楽6于加工后的岩体模型试件5上。
[0022]步骤S5、胶结两种试件一一岩体模型试件5和土体模型试件7:将加工好的岩体模型试件5放入原始模具I中，并均匀平铺准备好的岩体模型材料砂浆6，如图3所示;再将加工好的土体模型试件7缓慢推入前面已经铺匀岩体模型材料砂浆6、装有加工过的岩体模型试块5的原始模具I中，加工好的土体模型试件7的推出方式如图6所示，用推杆4通过改进模具的脱模空压机气孔3，推动土体模型试件7下的石膏砂浆试块2(类似“活塞”结构形式)，从而使石膏砂浆试块2上的土体模型试件7与已经铺好岩体模型材料砂浆6的岩体模型试件5胶结，并用抹刀削去多余的土体模型试件7，并抹平，胶结好的岩土体模型材料胶结试件包括岩体模型试件5、岩体模型材料砂浆6和土体模型试件7，具体如图7所示；
步骤S6、养护胶结试件:将步骤S5中胶结好的岩土体模型材料胶结试件，倒置于经过隔水处理的改进模具中，改进模具的隔水处理方式为，改进模具四周及石膏砂浆试块2与原始模具I的间隙处均匀涂抹凡士林，以减小养护过程对土体模型试件7含水率的影响；同时使胶结带出露，并对土体模型试件7进行隔水处理，胶结后土体模型试件7的隔水处理方式为，对出露于改进模具的土体模型试件7部分涂抹凡士林，以减小养护过程对土体模型试件7含水率的影响;岩土体模型材料胶结成形后的推出方法如图8所示;将岩土体模型材料胶结试件(5-6-7)，连同改进模具(1-2)，静置于实验室内自然养护3~4天，使胶结岩土体5-7的岩体模型材料砂浆6强度稳定，岩土体模型材料倒置于改进模具中养护的结构如图9所示；
步骤S7、岩土体模型材料脱模:如图10所示，脱模方式为，采用推杆4通过改进模具的脱模空压机气孔3，推动岩土体模型材料下的石膏砂浆试块2，使岩土体模型材料脱模，最终得到养护成形的岩土体模型材料。
[0023]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1.一种岩土体模型材料胶结成形养护方法，其特征在于，包括以下七个步骤: 步骤S1、准备试验工具:试验工具包括凡士林、推杆、液体胶、尼龙薄膜、保鲜膜、钢锯、抹刀，其中原始模具采用实验室现有的、最接近试验要求的试模模具； 步骤S2、制作改进模具:根据试验需要，通过原始模具连同石膏砂浆试块一起制作得到改进模具； 步骤S3、制作岩土体模型材料试件:按照既定的岩土体模型材料配方成分，采用未改进的原始模具制作岩体模型试件，采用改进模具制作土体模型试件； 步骤S4、对已制作好的岩体模型试件、土体模型试件进行加工，并准备胶结岩体模型试件和土体模型试件的岩体模型材料砂浆； 步骤S5、胶结岩体模型试件和土体模型试件:将加工好的岩体模型试件放入原始模具中，并均匀平铺准备好的岩体模型材料砂浆，再将加工好的土体模型试件缓慢推入前面已经铺匀岩体模型材料砂浆、装有加工过的岩体模型试块的原始模具中，并用抹刀削去多余的土体模型试件，并抹平，胶结好的岩土体模型材料胶结试件包括岩体模型试件、岩体模型材料砂浆和土体模型试件； 步骤S6、养护胶结试件:将步骤S5中胶结好的岩土体模型材料胶结试件，倒置于经过隔水处理的改进模具中，同时使胶结带出露，并对土体模型试件进行隔水处理;将岩土体模型材料胶结试件连同改进模具，静置于实验室内自然养护3~4天，使胶结岩体模型试件和土体模型试件的岩体模型材料砂浆强度稳定； 步骤S7、岩土体模型材料脱模:脱模方式为，采用推杆通过改进模具的脱模空压机气孔，推动岩土体模型材料下的石膏砂浆试块，使岩土体模型材料脱模，最终得到养护成形的岩土体模型材料。2.如权利要求书I所述的岩土体模型材料胶结成形养护方法，其特征在于，所述步骤S2中，改进模具的制作方法，包括步骤:根据试验要求，在原始模具中浇筑一定厚度的石膏砂浆试块，并采用密实振动台进行振密排除气泡，8?12h后通过原始模具底部的脱模空压机气孔用空压机进行脱模，再放入干燥箱75°C干燥12h，然后在室内静置一昼夜，即完成养护；同时，对石膏砂浆试块的上表面进行隔水处理，在石膏砂浆试块上表面均匀涂抹一层液体胶，并粘结一层与原始模具横截面同样大小的尼龙薄膜，安放在原始模具里，这样，原始模具连同隔水处理的石膏砂浆试块一起组成活塞结构形式的改进模具。3.如权利要求书I所述的岩土体模型材料胶结成形养护方法，其特征在于，所述步骤S3中，为了便于土体模型试件的脱模，在改进模具的四周涂抹凡士林，制作好土体模型试件后用保鲜膜对土体模型试件进行密封。4.如权利要求书I所述的岩土体模型材料胶结成形养护方法，其特征在于，所述步骤S4中，对岩体模型试件的加工为将岩体模型试件用钢锯平均锯成两半，并在锯开的表面处，用钢锯均匀地划出5_深、宽20_的方格，并清除模型材料碎末，得到加工后的岩体模型试件；对土体模型试件的加工为在土体模型试件的预粘结的表面用抹刀凿毛，并清除模型材料碎末，得到加工后的土体模型试件。5.如权利要求书I所述的岩土体模型材料胶结成形养护方法，其特征在于，所述步骤S4中，准备的岩体模型材料砂浆为相应岩体模型材料的配比砂浆，步骤S5中岩体模型材料砂浆均匀平铺的方式为，先用抹刀抹平，再用砂浆密实振动台振匀，按1.36g/cm2铺匀岩体模型材料砂浆于加工后的岩体模型试件上。6.如权利要求书I所述的岩土体模型材料胶结成形养护方法，其特征在于，所述步骤S5中，加工好的土体模型试件的推出方式为，用推杆通过改进模具的脱模空压机气孔，推动土体模型试件下的石膏砂浆试块，从而使石膏砂浆试块上的土体模型试件与已经铺好岩体模型材料砂浆的岩体模型试件胶结。7.如权利要求书I所述的岩土体模型材料胶结成形养护方法，其特征在于，所述步骤S6中，改进模具的隔水处理方式为，改进模具四周及石膏砂浆试块与原始模具的间隙处均匀涂抹凡士林;胶结后土体模型试件的隔水处理方式为，对出露于改进模具的土体模型试件部分涂抹凡士林。8.—种适用于上述权利要求书I?7任一项所述的岩土体模型材料胶结成形养护方法的改进模具，其特征在于，包括原始模具和石膏砂浆试块，原始模具底部设置脱模空压机气孔，石膏砂浆试块浇筑在原始模具中。9.如权利要求书8所述的改进模具，其特征在于，所述石膏砂浆试块的成分配比为石霄:粗砂:水=0.353:0.314:0.333，并米用0.15%质量分数的石霄用量，添加石霄缓凝剂梓檬酸钠;所用的石膏缓凝剂柠檬酸钠，为柠檬酸钠分析纯试剂，并采用1/21的质量比的水溶液添加。10.如权利要求书8所述的改进模具，其特征在于，所述石膏砂浆试块上表面均匀涂抹一层液体胶，并粘结一层与原始模具横截面同样大小的尼龙薄膜，安放在原始模具中。
【文档编号】G01N1/28GK105954079SQ201610316087
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】周传波, 范天成, 陈友威, 李韵迪, 张帆, 张一帆, 高坛, 张震, 吴廷尧, 周家全, 吴超, 王超, 李超人, 陈东, 路世伟, 蒋楠
【申请人】中国地质大学（武汉）