裂隙岩体模型制样模具的制作方法

本发明属于岩体试验技术领域，具体涉及一种裂隙岩体模型制样模具。

背景技术：

岩石与岩体的重要区别就是岩体中含有裂隙面，裂隙面破坏了岩石自身的完整性和连续性，岩体的强度要远低于岩石强度。由于岩体是地质历史作用的产物，并遭受到后期地壳运动和地球外部应力的重新塑造，具有一定的岩石组成和裂隙网络。

考虑到天然岩石试样结构的复杂性与取样难度，一般很难通过真实的岩石试样对其的力学变形特性与破坏规律进行研究，学者们通常采用制作裂隙岩体模型来替代天然岩石试样，现有的制作模具在浇筑和振捣过程中容易冲击到裂隙成型板，因此难以稳定控制裂隙的倾斜角度等参数，而且现有的制样模具不能快捷、精确地调整裂隙成型板的倾斜角度，因此对于制备不同裂隙倾斜角度的模型而言，其操作非常不方便。而且，由于裂隙倾斜角度的波动、以及角度的不精确，也无法确保后续试验和数值计算的准确性。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：现有技术中难以在制备模型过程中控制裂隙倾斜角度的稳定，且不能快捷地更换裂隙倾斜角度的问题，以提供一种可实现稳定裂隙的倾斜角度，并且能根据需要快捷地调整裂隙倾斜角度，进而确保后续试验和数值计算准确性的裂隙岩体模型制样模具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：裂隙岩体模型制样模具，包括底板、模型框和裂隙成型板；所述模型框安装在底板上，并且模型框与底板配合后形成裂隙岩体成型腔，所述裂隙成型板位于裂隙岩体成型腔内，还包括在所述模型框上设置的至少一对可转动的转轴，并且每一块裂隙成型板与一对转轴对应配合；在所述转轴上分别设置有卡槽，所述裂隙成型板的两端分别卡在同一对转轴上对应的卡槽内；还包括与每对转轴对应设置的一调节机构，所述调节机构包括调节齿轮、限位齿轮和固定齿圈；所述调节齿轮与对应的一对转轴中的其中一个转轴同轴地固定连接，所述固定齿圈固定安装在模型框上，并且固定齿圈同轴地套设在所述调节齿轮外，所述限位齿轮同轴地套设在所述调节齿轮与所述固定齿圈之间，并且所述限位齿轮可沿轴向往复移动；通过轴向往复移动限位齿轮，可使所述调节齿轮与所述固定齿圈在锁死状态和脱离状态之间切换。

进一步的是：所述调节齿轮具有第一外齿圈，所述限位齿轮具有第一内齿圈和第二外齿圈，所述固定齿圈具有第二内齿圈，所述第一外齿圈和所述第一内齿圈可对应啮合，所述第二外齿圈和第二内齿圈可对应啮合。

进一步的是：在所述调节齿轮上设置有第一把手。

进一步的是：在所述第一把手上固定设置有指针，在所述固定齿圈的外端面上设置有与所述指针对应的角度标线。

进一步的是：在所述限位齿轮上设置有第二把手。

进一步的是：在所述转轴上位于模型框的外侧设置有用于锁紧卡在卡槽内的裂隙成型板的锁紧螺栓。

进一步的是：在所述模型框的外侧固定设置有固定杆，所述固定齿圈通过所述固定杆可拆卸地安装到所述模型框上。

进一步的是：所述裂隙成型板设置有两个，并且两个裂隙成型板彼此平行设置。

进一步的是：所述模型框包括前侧板、后侧板和两块隔板，所述前侧板和后侧板分别可拆卸地安装在所述底板上，并且前侧板和后侧板呈相互平行设置，在前侧板和后侧板上分别设置有隔板槽，两块隔板分别可拆卸地插在相应的隔板槽内。

本发明的有益效果是：本发明通过轴向往复移动限位齿轮，进而使调节齿轮与固定齿圈在锁死状态和脱离状态之间切换；当处于锁死状态时，调节齿轮不可转动调节，即裂隙成型板的倾斜角度将被锁死，以此可确保模型在浇筑和振捣过程中不会因冲击到裂隙成型板而导致其倾斜角度发生变化；另外，当处于脱离状态时，通过控制调节齿轮的转动，即可非常方便的调节裂隙成型板的倾斜角度，因此对于制备不同裂隙倾斜角度的模型而言，非常的方便调节。另外，本申请进一步通过设置指针及与角度标线的配合，可更便于学者们精确调整、记录裂隙倾斜角度；以为后续试验和数值计算提供准确参数。另外，还通过设置第二把手，以便于将限位齿轮进行轴向移动调节。另外，本发明还通过设置锁紧螺栓，以便于将裂隙成型板锁定在相应的转轴上。另外，本发明中还通过设置多个固定杆，以提高了固定齿圈的安装稳定性。

附图说明

图1为本发明所述的裂隙岩体模型制样模具的立体示意图；

图2为调节机构的立体示意图；

图中标记为：底板1、模型框2、裂隙成型板3、裂隙岩体成型腔4、转轴5、卡槽6、调节齿轮7、限位齿轮8、固定齿圈9、第一外齿圈10、第二外齿圈12、第二内齿圈13、第一把手14、指针15、角度标线16、第二把手17、锁紧螺栓18、固定杆19、前侧板20、后侧板21、隔板22、隔板槽23。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1和图2中所示，本发明所述的裂隙岩体模型制样模具，包括底板1、模型框2和裂隙成型板3；所述模型框2安装在底板1上，并且模型框2与底板1配合后形成裂隙岩体成型腔4，所述裂隙成型板3位于裂隙岩体成型腔4内，还包括在所述模型框2上设置的至少一对可转动的转轴5，并且每一块裂隙成型板3与一对转轴5对应配合；在所述转轴5上分别设置有卡槽6，所述裂隙成型板3的两端分别卡在同一对转轴5上对应的卡槽6内；还包括与每对转轴5对应设置的一调节机构，所述调节机构包括调节齿轮7、限位齿轮8和固定齿圈9；所述调节齿轮7与对应的一对转轴5中的其中一个转轴5同轴地固定连接，所述固定齿圈9固定安装在模型框2上，并且固定齿圈9同轴地套设在所述调节齿轮7外，所述限位齿轮8同轴地套设在所述调节齿轮7与所述固定齿圈9之间，并且所述限位齿轮8可沿轴向往复移动；通过轴向往复移动限位齿轮8，可使所述调节齿轮7与所述固定齿圈9在锁死状态和脱离状态之间切换。

其中，所述的调节齿轮7与固定齿圈9为锁死状态，指的是调节齿轮7与固定齿圈9通过限位齿轮8的连接限位作用后呈相对固定的位置关系，此时的调节齿轮7无法转动调节，进而无法调节裂隙成型板3倾斜角度；因此可确保模型在浇筑和振捣过程中不会因冲击到裂隙成型板3而导致其倾斜角度发生变化，以此确保最终成型的模型中裂隙的倾斜角度的准确性；而所述的调节齿轮7与固定齿圈9为脱离状态，指的是调节齿轮7与固定齿圈9之间可相对转动，此时即可通过调节调节齿轮7来带动裂隙成型板3的倾斜角度发生变化，进而可非常方便地获得模型中裂隙倾斜所需的角度。另外，当调节调节齿轮7至所需的角度位置后，可再次通过移动限位齿轮8以使调节齿轮7与固定齿圈9为锁死状态，以稳定裂隙成型板3的倾斜角度。

更具体的，参照附图2中所示，本发明进一步提供一种可实现通过轴向往复移动限位齿轮8以实现使所述调节齿轮7与所述固定齿圈9在锁死状态和脱离状态之间切换的具体结构：所述调节齿轮7具有第一外齿圈10，所述限位齿轮8具有第一内齿圈11和第二外齿圈12，所述固定齿圈9具有第二内齿圈13，所述第一外齿圈10和所述第一内齿圈11可对应啮合，所述第二外齿圈12和第二内齿圈13可对应啮合。这样，当轴向移动限位齿轮8，并且同时使第一外齿圈10与第一内齿圈11啮合以及使第二外齿圈12与第二内齿圈13啮合时，则实现了调节齿轮7与固定齿圈9为锁死状态；而当轴向移动限位齿轮8，并且使第一外齿圈10与第一内齿圈11之间和/或使第二外齿圈12与第二内齿圈13之间为非啮合关系时，则实现了调节齿轮7与固定齿圈9为脱离状态。

另外，为了便于调节调节齿轮7，本发明进一步在所述调节齿轮7上设置有第一把手14，参照附图2中所示，第一把手14可为设置在调节齿轮7外端并向外延伸的调节杆。

更具体的，为了便于精确调节以及读取调节齿轮7的转动角度，即裂隙成型板3的倾斜角度，参照附图2中所示，本发明进一步在所述第一把手14上固定设置有指针15，同时在所述固定齿圈9的外端面上设置有与所述指针15对应的角度标线16；这样，通过指针15与角度标线16的对应关系，即可精确、快速的读取裂隙成型板3的倾斜角度。

另外，为了便于移动限位齿轮8，本发明进一步在所述限位齿轮8上设置有第二把手17。第二把手17可为设置在限位齿轮8外端并向外延伸的调节杆。当然，第二把手17应当避免与其它部件发生干涉，以确保限位齿轮8能正常的往复移动；具体也可参照附图2中所示结构设置。

另外，本发明中的裂隙成型板3是通过两端分别安装到一对转轴5内的卡槽6内，而转轴5则是安装到相应的模型框2上并可进行转动的结构；当然，不失一般性，同一对转轴5应当同轴且相互对应的位于模型框2上的相对侧壁上。更具体的，为了便于安装、拆卸裂隙成型板3，进一步可在所述转轴5上位于模型框2的外侧设置有用于锁紧卡在卡槽6内的裂隙成型板3的锁紧螺栓18，如附图1中所示；此时具体的锁紧操作为：首先将裂隙成型板3的端部插入到对应转轴5上的卡槽6内，然后再通过拧紧锁紧螺栓18，使其将裂隙成型板3抵紧。

另外，对于固定齿圈9的安装，也可采用可拆卸方式进行安装，如参照附图1中所示，可在所述模型框2的外侧固定设置有固定杆19，并且可沿对应转轴5的外周设置3个固定杆19，然后将所述固定齿圈9通过所述固定杆19可拆卸地安装到所述模型框2上，以此可确保固定齿圈9的牢固性。

当然，上述本发明的所述制样模具中，其对于裂隙成型板3的具体设置数量并没限制，而且不同裂隙成型板3的位置、倾斜角度等也没有严格限制，只要方便安装相应的转轴、调节机构以及裂隙成型板3即可；当然，为了实现可对每个裂隙成型板3进行调节，应当与每个裂隙成型板3对应的设置有一个调节机构。例如，参照附图1中所示的具体示意图中，其设置有两个裂隙成型板3，并且每个裂隙成型板3对应的设置有一个调节机构与之对应；而且其两个裂隙成型板3还设置呈彼此平行的关系。

另外，本发明中的模型框2可设置为包括前侧板20、后侧板21和两块隔板22，如附图1中所示，同时将前侧板20和后侧板21分别可拆卸地安装在所述底板1上，如图1中所示的通过可拆卸的螺钉进行安装；同时前侧板20和后侧板21呈相互平行设置，在前侧板20和后侧板21上分别设置有隔板槽23，两块隔板22分别可拆卸地插在相应的隔板槽23内；这样，可非常方便的对模型框2进行拆卸和组装，以方便模型成型后的取模操作。