一种制作模拟原岩结构面的多尺度模具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，包括A型外板、B型外板、C型外板、底板、平直插板、曲面插板、插销、环扣、螺母、夹套；模拟岩石结构面剪切试验需要利用模具浇筑结构面试样，为研究尺寸效应对结构面剪切特性的影响，试验需制备许多尺寸大小不一的结构面试样，然而，实验室不是难以提供这么多尺寸不一的模具，就是耗费巨资定制各种尺寸的模具，从而造成极大的浪费。在结构面试样的制作过程中采用一种能制作多种尺度的结构面模具，不仅能制作出许多不同尺寸的结构面试样，而且避免了资源的浪费，节约试验的成本。
【专利说明】一种制作模拟原岩结构面的多尺度模具
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程领域采用结构面抗剪强度指标进行工程设计，具体涉及一种制作模拟原岩结构面的多尺度模具。
【背景技术】
[0002]岩体结构面是指岩体内结构面和结构体的排列组合形式。岩体经受各种地质作用，形成具有不同特性的地质界面，称为结构面；结构面将岩体分割成形态不一、大小不等的岩块，称为结构体。由于结构面的存在会破坏岩体的连续性和完整性，削弱工程岩体的力学性质及其稳定性。因而，需要对岩体结构面的有关性质加以研究。
[0003]在进行实验研究时，岩石的抗剪强度参数是岩体稳定性分析及加固治理方案设计的重要指标，目前的方式一般是通过岩体试验得到结构面抗剪强度指标，主要是室内直剪试验，然而，结构面的剪切特性具有明显的尺寸效应，只有研究其尺寸效应对剪切特性的影响规律，才能在工程实践中准确地选取结构面抗剪强度参数指标，从而服务于工程设计。
[0004]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，且试验是破坏性试验，试样不能重复利用。因此，在结构面的试验中多采用相似材料依据相似原理模拟原岩结构面，从而实现对同一结构面进行反复试验。显然，采用相似材料浇筑结构面试样需要预先制模，特别是研究结构面的尺寸效应的试验中需制备大量结构面试样，模具就显得尤为重要。实验室不是难以提供这么多尺寸不一的模具，就是需耗费巨资定制各种尺寸的模具，而造成极大的浪费。因此，如果能提供一种尺寸可调、能制备出不同尺寸大小的结构面试样的模具，将会在很大程度上提高试验的效率和资源利用率、减少试验成本。本发明旨在提供一种能模拟多种尺寸原岩结构面的模具。
【发明内容】
[0005]本发明的目的为了解决模拟原岩结构面试样的模具不能制备多种尺寸大小结构面试样且结构面表面形态不具有代表性等缺点，而提供一种结构简单，操作方便，价格低廉，容易拆卸，便于试验研究及工程应用的结构面多尺度模的模具。
[0006]本发明为了实现上述目的，所采用的技术方案为:
一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，主要包括A型外板、B型外板、C型外板、底板、平直插板、曲面插板、插销、环扣、螺母以及夹套几个部分；所述的A型外板与底板无缝焊接成一个整体；所述环扣有四个，分别设置于所述A型外板与B型外板上各两个；所述C型外板的一端设有一个卡槽，卡槽卡在所述A型外板卡上，卡槽的侧边与顶部各有一个螺纹孔，每一个螺丝孔配有一个起固定作用的螺母；所述夹套是一个倒U型结构活动夹套，其一侧设有一个插槽，另一侧和顶端设置有一个螺纹孔，且每一个螺丝孔都配有一个起固定作用的螺母；所述B型外板和C型外板上各设有两个对称夹套，且每个夹套的插槽端相对应；所述用于制作平直结构面试样的平直插板的两端和所述用于模拟表面起伏结构面的曲面插板的两端分别插入所述B型外板和C型外板上相对称的夹套的插槽内。
[0007]以上所诉A型外板上环扣水平布置，B型外板上环扣垂直布置，将A型外板上环扣移入B型外板上环扣内，并插上插销以便将两块外板牢牢锁扣在一起。
[0008]以上所诉B型外板上环扣水平布置，A型外板上环扣垂直布置，将B型外板上环扣移入A型外板上环扣内，并插上插销以便将两块外板牢牢锁扣在一起。
[0009]以上所诉A型外板上环扣和B型外板上环扣水平交错布置，然后将所述的插销依次穿过四个环扣，将A型外板上环扣和B型外板牢牢锁扣在一起。
[0010]以上所述A型外板、B型外板以及C型外板上均设有刻度，调节夹套和C型外板的位置，实现所需结构面试样的尺寸。
[0011]以上所述的曲面插板是根据Barton的十条标准粗糙度曲线来模拟原岩表面形态结构面曲线的结构。
[0012]以上所述曲面插板左右侧各留有0.5cm的光滑面以便插入插槽内。
[0013]以上所述A型外板、B型外板、C型外板以及底板均为钢板。
[0014]本发明提供的模具，可一次制作出多个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，调节好相应的尺寸后，插入Barton曲面插板或平直插板后，将相似材料包括砂石、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试样，用以代替岩石结构面进行直剪试验。
[0015]本发明与现有技术相比有以下优点:
1、本发明的模具通过往外板上增加夹套数量不仅可一次浇筑得到多个相同尺寸的模拟原岩结构面的试样，而且能实现一次浇筑即得到多个不同尺寸的模拟原岩结构面的试样，可大大提高制样的效率；
2、本发明的模具通过外板上的刻度指示移动卡槽和夹套的位置，从而调节模具内的空间大小，继而烧筑不同尺寸的模拟原岩结构面的试样；
3、本发明的模具的每一块模板均能拆卸，故浇筑模型后拆模简单，取样过程不会导致试样损坏，试样完整性好；
4、本发明的模具原理简单易懂，可以通过将模板插入不同卡槽实现制作不同尺度模型，既能节约制作模具的总成本，又避免资源的浪费；
5、本发明的模具结构简单，便于携带、操作方便、易于拆卸，具有较大的实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的模具结构示意图。
[0017]图2为本发明中制作的10块曲面插板对应的岩石力学中典型barton结构面系列的曲线和编号。
[0018]图3为本发明其中的A型外板和底板结构示意图。
[0019]图4为本发明其中的C型外板结构示意图。
[0020]图5为本发明其中的夹套结构示意图。
[0021 ] 上述图中:1-A型外板、2-B型外板、3-C型外板、4_夹套、5_环扣、6_插销、7_螺母、8-平直插板、9-曲面插板、10-卡槽、11-底板、12-插槽。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
[0023]本发明提供的一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，拼装好的模具其结构如图1所示。使用前时先将A型外板I上的环扣5移入B型外板2上环扣内，并插上插销6以便将两块外板牢牢锁扣在一起；将C型外板3上的卡槽10卡在A型外板I上，稍稍拧紧螺丝使其不至于晃动；在B型外板2和C型外板3上各放置两个夹套4，同样稍稍拧紧其上带有的螺丝使其初步固定，将B、C型外板上的夹套对应地移动到相同的刻度位置，在后面一对夹套的插槽12内插入一块平直插板8，到此即完成模具的初步拼装。
[0024]本实施例中，模拟原岩结构面的多尺度模具中A型外板、B型外板采用厚度为5mm的钢板，尺寸均为为20cmX 15cm,底板采用材料与A、B型外板一样,尺寸为20cmX20cm,与A型外板底边无缝焊接在一起；C型外板厚度为5mm，尺寸为23cmX 17cm,其上有一尺寸为15cmX0.6cm的卡槽,卡槽卡在A型外板上,能通过移动卡槽而使C型外板在A型外板上移动，移至合适位置时也可通过拧紧C型外板上布置的两个螺母使其与A型外板固定；A、B、C型外板上均设有刻度尺，且A型外板是横向与竖向均设有，B、C型外板则仅横向设有刻度；夹套采用厚度为Icm的钢板，尺度为17cmX3cm，其上设有一宽度为0.5cm插槽，根据所需制备试样的尺寸相应移动夹套至B型或C型外板上的对应刻度位置，并拧紧螺母使其固定；根据所模拟结构面的表面形态选择曲面插板或平直插板插入夹套的插槽内，至此模具组装完毕。
[0025]根据实验要求的结构面尺寸，在本实验中，结构面试样的尺寸大小一般要求为3cmX 3cnTl2cmX 12cm,高2_5cm的长方体,本发明模具完全能满足要求。
[0026]下面以规格为模拟4cmX4cmX4cm的结构面试样为例，说明本发明的实施方案如下:
根据所要模拟结构面的尺寸，移动C型外板上的卡槽至A型外板刻度为5cm的位置，抒紧螺丝使其固定；根据4cm这个尺寸可知，一次烧筑能得到4个4cmX4cmX4cm模拟结构面的试样，在B型、C型外板上可各放置4个夹套，分别在外板上指示刻度为4cm、8.5cm、13cm、17.5cm处各放一个夹套，同时将其上的螺丝拧紧使其与外板固定；再选择3块宽度为5cm的曲面插板分别插入4cm、8.5cm、13cm处的插槽内，选择I块宽度为5cm的平直插板插入17cm处的插槽内，至此完成该尺寸下模具的完全拼装。
[0027]根据相似原理，按岩石强度设计混凝土的配合比，按配合比称量好混凝土原材料、拌匀，倒入搅拌机中充分搅拌，在倒料前，在模板内侧均垫上一层砂纸，使容易脱模。再将搅拌好的材料倒入模具与模板间的空间中，4个小空间内同时进行浇筑，与此同时，打开振动台对混凝土进行震实，待液面升至A型外板和夹套上的竖向刻度线指示4cm位置即停止向内倒料。结构面试样在20°C下进行室内养护24小时后，即开始拆模。先将所有曲面插板抽出，再松下所有螺丝，拔出插销，拆卸下外板，即可得到4个4cmX 4cmX 4cm的模拟结构面试样。将其放在标准养护室内继续养护即可。
[0028]本发明模具结构简单、操作方便、易于拆卸、制作模型效率高，又可制作多种尺寸的Barton表面形态的结构面用于进行试验研究。不仅能节约制作模具的总成本，避免资源的浪费，还可大大缩短试验周期。本发明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多尺度模具，其特征在于:主要包括A型外板、B型外板、C型外板、底板、平直插板、曲面插板、插销、环扣、螺母以及夹套几个部分；所述的A型外板与底板无缝焊接成一个整体；所述环扣有四个，分别设置于所述A型外板与B型外板上各两个；所述C型外板的一端设有一个卡槽，卡槽卡在所述A型外板卡上，卡槽的侧边与顶部各有一个螺纹孔，每一个螺丝孔配有一个起固定作用的螺母；所述夹套是一个倒U型结构活动夹套，其一侧设有一个插槽，另一侧和顶端设置有一个螺纹孔，且每一个螺丝孔都配有一个起固定作用的螺母；所述B型外板和C型外板上各设有两个对称夹套，且每个夹套的插槽端相对应；所述用于制作平直结构面试样的平直插板的两端和所述用于模拟表面起伏结构面的曲面插板的两端分别插入所述B型外板和C型外板上相对称的夹套的插槽内。
2.根据权利要求1所述的一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，其特征在于:所诉A型外板上环扣水平布置，B型外板上环扣垂直布置，将A型外板上环扣移入B型外板上环扣内，并插上插销以便将两块外板牢牢锁扣在一起。
3.根据权利要求1所述的一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，其特征在于:所诉B型外板上环扣水平布置，A型外板上环扣垂直布置，将B型外板上环扣移入A型外板上环扣内，并插上插销以便将两块外板牢牢锁扣在一起。
4.根据权利要求1所述的一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，其特征在于:所诉A型外板上环扣和B型外板上环扣水平交错布置，然后将所述的插销依次穿过四个环扣，将A型外板上环扣和B型外板牢牢锁扣在一起。
5.根据权利要求1所述的一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，其特征在于:所述A型外板、B型外板以及C型外板上均设有刻度，调节夹套和C型外板的位置，实现所需结构面试样的尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，其特征在于:所述的曲面插板是根据Barton的十条标准粗糙度曲线来模拟原岩表面形态结构面曲线的结构。
7.根据权利要求1所述的一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，其特征在于:所述曲面插板左右侧各留有0.5cm的光滑面以便插入插槽内。
8.根据权利要求1所述的一种制作模拟原岩表面形态结构面的多尺度模具，其特征在于:所述A型外板、B型外板、C型外板以及底板均为钢板。
【文档编号】G01N1/28GK104236976SQ201410506670
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】吴琼, 江强强, 方堃, 胡建, 李相慧, 向勇, 高旭, 唐杨, 杨晓庆 申请人:中国地质大学