制备深部围岩相似材料圆柱体的试模压实脱模一体装置及方法与流程

本公开属于岩土中心的试模压实脱模技术领域，涉及一种制备深部围岩相似材料圆柱体的试模压实脱模一体装置及方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着地下工程领域的发展，越来越多的工程涉及深部空间的开发利用。深部围岩因其所处环境复杂，呈现出复合特性。在进行室内模型试验时，制备岩石相似材料为必不可少的一个环节，对试验的成功与否起决定性作用。

一般而言，制备深部围岩相似材料必须具备较高致密性，才能保证进行力学测试时测得的物理参数和模型试验得到的结果具有良好的参考价值。因此，制备深部围岩相似材料必须要经过压密成型这一道工序。

据发明人了解，现有模具存在以下不足：

现有塑料材质模具难以承受压密成型时的较大压力作用，所制得试样的强度、致密度都不能满足试验要求。现有的普通钢制试模压实方式为椭圆状锤镐进行锤击，这种方式不仅费时费力，而且锤镐尺寸小于模具内径尺寸，由于人为操作的不确定性常会使试样各处致密度不一，均匀性差，通常是外侧致密度小于内测，这样的试样依然无法满足要求。除此之外，传统钢制试验模具的脱模较为困难，完整脱模成功率低。对于一些质软强度低的试样，在拆分试模时极容易破坏试样边侧或发生整体劈裂，严重影响制模效率。

技术实现要素：

本公开为了解决上述问题，提出了一种制备深部围岩相似材料圆柱体的试模压实脱模一体装置及方法，本公开能够解决传统试模压密效果差、脱模效率低的问题，保证了制得试样的强度致密度和完整度。本公开大大缩减了深部围岩相似材料试样的制作周期，提高工作效率且降低成本。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种制备深部围岩相似材料圆柱体的试模压实脱模一体装置，包括推压控制系统、反作用压实系统、承装箱和基础底板，其中：

所述基础底板上设置有承装箱，所述承装箱内部容纳压密试模，并装载推压控制系统，推压控制系统包括转动轴和锤镐单元，在进行压密成型阶段和脱模阶段时通过旋转转动轴使锤镐单元活动，进而压密试模内的试样或使其脱离模具；

所述承装箱上、在压密试模上侧设置有反作用压实系统，所述反作用压实系统包括反作用压实件和支撑柱，所述反作用压实件设置于支撑柱上，以从上侧配合推压控制系统以压实试样；

所述承装箱内设置有若干口位，其中一个是出渣口设置在底部，另一个是顶部可供锤镐锤头伸出的圆形口位，口位直径与锤头和试样直径一致。

作为可选择的实施方式，所述的推压控制系统包括主动轴控制柄、主动轴、从动轴和锤镐单元，所述主动轴控制柄与主动轴连接，所述主动轴与从动轴连接，所述从动轴和锤镐单元连接，以驱动锤镐单元的升降运动。

作为可选择的实施方式，所述的承装箱壁留有六个口位，其中一个是出渣口设置在底部，使掉落入箱内的主料或灰尘从此处清理出去，另一个是顶部可供锤镐锤头伸出的圆形口位，口位直径与锤头和试样直径一致。其余四个口位为一个主动轴滑动口和三个从动轴滑动口。

作为可选择的实施方式，所述的反作用压实系统全部为可拆卸，四个支撑柱卡住反作用压实件使其固定，在压实阶段，反作用压实系统上下严格固定以保证提供充足的反作用力，进行脱模工序前，反作用压实件从水平方向取出。

作为可选择的实施方式，所述的锤镐单元包括锤镐以及锤镐装载件，锤镐锤头与试样直径一致，锤身直径略小于锤头，锤镐整体高度与承装箱高度一致，保证当锤镐在最低高度时，其锤镐锤头处于试模的底端位置，封堵住内部试样主料不下落。

作为可选择的实施方式，所述的锤镐装载件内径与锤镐锤身尺寸一致，锤镐锤身一半处于装载件内，相互接触不留缝隙，保证锤镐水平方向稳定不发生侧位移。

作为可选择的实施方式，所述的试模为圆柱型试模。

作为可选择的实施方式，所述的试模外侧设置有多个固定连接件，固定连接件通过固定螺栓和固定螺母固定在承装箱上，以固定试模。

作为可选择的实施方式，所述的承装箱内、锤镐锤身边设置有齿轮，齿轮与锤镐锤身的螺纹之间接触面呈锯齿状，具有足够的摩擦力和咬合力，不发生错位滑动，保证在压密试样时能传递足够的压力。

作为可选择的实施方式，所述的齿轮与锤镐螺纹可从承装箱的侧边口位抽出，需定期进行清理。谨慎使用润滑剂，防止降低之间的摩擦力和咬合力。

基于上述装置的工作方法，包括以下步骤：

a、按一定配比混合深部围岩相似材料，搅拌均匀后备用；

b、将试模固定在承装箱上，取下反作用压实件，向试模内添加搅拌后的主料，一边添加一边用反作用压实件初步压实；

c、试模内的主料填满后，将反作用压实件卡入支撑柱并固定，使承装箱内的锤镐向上移动，挤压试样；

d、使锤镐锤头回归初始位，取下试模，翻转过来，填料补充空缺，并再次放回承装箱上部固定归位；

e、对试样进行二次压实，取下反作用压实件，再次驱动锤镐，在锤镐的推动作用下，试样从试模内被推出，直至全部脱离模具，试样脱模完成。

其工作原理为物理挤压，将扭矩转化为推压力，使之挤压试样。通过旋转主动轴控制柄将锤镐推送向上，进而压密试样成型以及脱模。为了解决传统试验模具压密成型、脱模工作存在的效果差效率低耗时长的问题，开发一种制备深部围岩相似材料圆柱体更加高效率、低成本、省时环保、无能耗的试模压实脱模一体装置。本公开集合制样、压密成型、脱模三种功能于一体，以推压控制系统与反作用压实系统为主要功能单元，以承装箱与基础底板为主要辅助单元。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开解决了传统试模在制备深部围岩相似材料圆柱体时难以满足高致密度的问题，采用高强度合金材质，可以承受高强度压力荷载且不会发生变形、破坏。所制得的试样强度高，致密性好，为模型试验的进行提供保障。

本公开提升了试样压密成型效果，解决了压密不均匀，致密度内外侧不一致的问题，提高了试件的质量，保证力学测试结果的准确性。优化了传统传统脱模方式，推压式脱模代替拆卸式脱模，提高脱模效率和成功率，节约人力物力，大大缩短了制模周期。

本公开制得的试样成品率高，有助于试验顺利进行，快速获得深部围岩相似材料的各项数据指标。操作简单，使用前无需复杂的专业技能培训。构造简单成本低，适合批量生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本公开的结构示意图；

图2是本公开的结构正视图；

图3是本公开的推压控制系统的示意图；

图4是本公开的推压控制系统工作状态的部分示意图；

图5是本公开的反作用压实件的示意图。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。其中：1基础底板，2承装箱，3从动轴连接件，4主动轴控制柄，5出渣口，6固定连接件，7固定螺母，8固定螺栓，9圆柱体试模，10支撑柱，11反作用压实件，12齿轮，13锤镐装载件，14锤镐螺纹，15锤镐锤头。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1、图2所示，一种制备深部围岩相似材料圆柱体的试模压实脱模一体装置，由1基础底板、2承装箱、推压控制系统(4主动轴控制柄、主动轴、从动轴、13锤镐装载件和锤镐)和反作用压实系统(11反作用压实件和10支承柱)组成。

所述的2承装箱侧壁留口位，内搭载主动轴和从动轴，通过3从动轴连接件与2承装箱相连接。此外2承装箱底部设置一个5出渣口进行出渣。

所述的9圆柱体试模上设置四个6固定连接件，搭配7固定螺母和8固定螺栓可以将其固定住。

所述的12齿轮与14锤镐螺纹锯齿状耦合，通过操控4主动轴控制柄提供扭矩，使15锤镐锤头向上压缩试样，在反作用压实系统的反作用下，试样被压密成型。将所述的11反作用压实件水平取下，再次挤压试样，可实现脱模。

推压控制系统由主动轴控制柄、主动轴、从动轴和锤镐单元组成，为制备深部围岩相似材料圆柱体的主要控制单元，主动轴控制柄推动主动轴，所述主动轴与从动轴连接，锤镐单元连接从动轴；锤镐单元包括锤镐锤头、锤身和锤镐装载件，锤镐锤头、锤身和锤镐装载件依次连接。

反作用压实系统由反作用压实件和支撑柱组成，反作用压实件和支撑柱连接，且设置于承装箱上。

其中，承装箱和基础底板为主要受力承载单元。

本装置的材质为合金材料，高强度耐压耐摩，不易腐蚀或生锈，使用前检查装置尤其是内部的推压控制系统是否正常，必要时清理齿轮、螺纹避免沙粒卡入影响工作。使用结束后从出渣口清理箱内灰土，将装置回收入箱，妥善保管，避免放在潮湿阴暗的环境中。

承装箱壁留有六个口位，其中一个是出渣口设置在底部，使掉落入箱内的主料或灰尘从此处清理出去，另一个是顶部可供锤镐锤头伸出的圆形口位，口位直径与锤头和试样直径一致。其余四个口位为一个主动轴滑动口和三个从动轴滑动口。

承装箱内部装载推压控制系统，不仅承受上部反作用压实系统所给的反作用荷载，同时也阻挡推压控制系统免受外界因素干扰，防止落灰以及降低内部构件误伤操作人员的可能性。

如图3和图4所示，推压控制系统为主要控制单元，在进行压密成型阶段和脱模阶段时通过用手旋转主动轴控制柄使锤镐抬升，进而压密圆柱体试模内的试样或使其脱离模具(脱模时取下反作用压实件)。

承装箱与基础底板质量大密度高，可降低整个装置的重心，保证的整体稳定性。所述的支撑柱密度大，具有良好的抗拉性能，保证在工作状态下不发生断裂。

如图5所示，反作用压实系统全部为可拆卸，四个支撑柱卡住反作用压实件使其固定，在压实阶段，反作用压实系统上下严格固定以保证提供充足的反作用力。进行脱模工序前，需将反作用压实件从水平方向取出。

锤镐单元由锤镐以及锤镐装载件组成，锤镐锤头与试样直径一致，锤身直径略小于锤头。锤镐整体高度与承装箱高度一致，保证当锤镐在最低高度时，其锤镐锤头处于圆柱体试模的下地底位置，封堵住内部试样主料不下落。

锤镐装载件内径与锤镐锤身尺寸一致，锤镐锤身一半处于装载件内，相互接触不留缝隙，保证锤镐水平方向稳定不发生侧位移。

圆柱体试模外侧固定四个固定连接件，搭配承装箱上面的固定螺栓和固定螺母，可以固定试模。进行完一次压实后，可以翻转圆柱体试模后再次固定，反向进行二次压实，以确保试样良好的致密度。

齿轮与锤镐螺纹之间接触面呈锯齿状，具有足够的摩擦力和咬合力，不发生错位滑动，保证在压密试样时能传递足够的压力。

齿轮与锤镐螺纹可从承装箱的侧边口位抽出，需定期进行清理。谨慎使用润滑剂，防止降低之间的摩擦力和咬合力。

除主动轴控制柄外全部为高强度合金材料，可承受较大压力，具有良好的韧性、耐磨损性和抗挤压性，不易破坏，不易生锈腐蚀。主动轴控制柄为橡胶材质。

具体应用过程包括：

按一定配比混合深部围岩相似材料，搅拌均匀后备用；

旋转固定螺母，将圆柱体试模固定在承装箱上。取下反作用压实件，向试模内添加搅拌后的主料，一边添加一边用反作用压实件初步压实；

试模内的主料填满后，将反作用压实件卡入四个支撑柱并固定，旋转主动轴控制柄，使承装箱内的锤镐向上移动，挤压试样；

由于挤压作用，试样会发生一定量的压缩变形，原本试模会出现一部分空缺。旋转主动轴控制柄使锤镐锤头回归初始位，松开固定螺母，取下圆柱体试模，翻转过来，填料补充空缺，并再次放回承装箱上部固定归位；

再次旋转主动轴控制柄，对试样进行二次压实，此时试样具有良好的致密度和强度。取下反作用压实件，再次旋转主动轴控制柄，在锤镐的推动作用下，试样从圆柱体试模内被慢慢推出，直至全部脱离模具，试样脱模完成；

取出的深部围岩相似材料试样妥善保管，并将反作用压实件装回本装置，旋转主动轴控制柄归初始位。将承装箱内散落的灰土从出渣口清出。待本装置彻底清理干净后回收入箱，待下次使用。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。