一种低强度相似材料标准试件制作模具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低强度相似材料标准试件制作模具，低强度相似材料标准试件制作模具中第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板拼装在一起，用第一固定套箍、第二固定套箍将第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板固定，在岩土相似材料与第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板之间布置高分子化合物隔离膜，低强度标准试件制作模具通过第一固定套箍、第二固定套箍将第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板拼装成整体，高分子化合物隔离膜贴附在第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板内侧。结构简单，使用方便，能够快速的寻找到满足现场岩土物理力学参数要求的相似材料配比，极大地有利于低强度围岩相似材料物理模型试验的研究。
【专利说明】
一种低强度相似材料标准试件制作模具
技术领域
[0001]本实用新型涉及低强度岩土相似材料标准试件制作技术领域，更具体涉及一种低强度相似材料标准试件制作模具，适用于低强度岩土相似材料物理模型试验前期的相似材料配比试验。本实用新型特殊的创新型设计，保证了低强度相似材料标准试件的制作精度，提高了低强度相似材料配比试验效率。该模具内侧包含高分子化合物隔离膜，提高了低强度相似材料标准试件脱模的成功率，避免了传统模具制模时，试件与模具“黏结”的弊端。
【背景技术】
[0002]随着我国经济社会的发展，城市化进程的加快，越来越多的常住人口涌入有限的城市空间。为解决城市人口增多与用地紧张的矛盾，越来越多的城市开始利用地下空间发展地下交通。地下隧道洞室的开挖必然会对原岩造成扰动，引起围岩应力重分布，进而影响地表建筑物的安全与稳定。特别是在围岩强度较低的破碎地层中进行隧道开挖时，为保证施工安全，必须通过相似材料物理模型试验来模拟施工过程中软弱围岩的物理力学性状，进而通过模型试验反推施工参数，这对于在复杂地质条件下，保证工程的安全与稳定具有重大意义。地下隧道工程施工过程中，不同的洞室开挖顺序，不同的施工方法，必然会对围岩产生不同的影响。寻找一种快捷、经济、安全、高效的施工工序是近年来业界较为关注的一个课题。随着施工工艺水平与机械工程的发展，地下工程隧道开挖断面越来越大，对地表建筑物造成的施工扰动也越来越大。为了确保工程的安全与稳定，在施工过程中都会加强对地面建筑物和洞室围岩的位移变形监测。城市建设中大断面隧道工程出现的频率越来越多，随之带来的诸多问题也越来越复杂。因此，大断面隧道开挖已成为当前地下工程中重要且不可回避的问题。
[0003]目前，研究软弱破碎地层隧道开挖施工过程中围岩力学行为的主要手段多为数值分析及模型试验，大尺度、大断面隧道的施工方法和围岩稳定性研究是该方向的主要课题。虽然数值分析法在研究较为复杂的施工问题时具有简便易行的优点，但是数值计算模型往往与实际工程地质条件出入较大。因此，几乎所有的重大工程，都会采用一定相似比的相似材料模型试验来模拟施工工况，有的工程甚至采用1:1的原型试验。在软弱破碎岩体中开挖洞室施工，由于围岩强度较低，易发生洞室垮塌、围岩破裂等现象，因此在此种围岩强度条件下，相似材料模型试验成为了不可或缺的工序。
[0004]在开展低强度岩体相似材料模型试验的过程中，选取符合现场岩体力学参数的相似材料配比是该方法的关键。寻找合适的相似材料配比要求开展大量的配比试验:选取不同的相似材料配比，分别批量制作标准试件，通过单轴抗压试验、直接剪切试验等来确定不同配比的物理力学参数，进而确定最终配比。同时低强度大尺度模型在浇筑、养护、开挖、加载等过程中需要配套的试验台架设备。近年来，国内外很多学者也在不断推进和发展此类模型试验方法和技术。已有许多学者在地质力学模型试验方面开展了大量的工作，得到了许多有益的成果与结论。
[0005]目前已有的标准试件制作模具存在一些不足之处:①现有的模具在制作低强度相似材料标准试件时，由于相似材料强度低，多发生脱模失败，试件破损，造成材料浪费，影响试验进度;②许多标准试件模具过于追求形式简单、造价低廉，结果不能满足岩土相似材料强度、刚度的要求;③大多数标准试件模具主体部分采用的全封闭柱体，虽然保证了标准试件的尺寸精度，但也造成了脱模困难，在强行脱模时，造成标准试件报废。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是在于提供一种高效、准确的制作低强度岩体相似材料标准试件的模具，力求达到结构简单，使用方便，该模具包括顶盖、底盖、固定套箍、分片组合式侧板、高分子化合物隔离膜。通过该模具制作的相似材料标准试件强度合理、尺寸精确，能够快速的寻找到满足现场岩土物理力学参数要求的相似材料配比，极大地有利于低强度围岩相似材料物理模型试验的研究。
[0007]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种低强度相似材料标准试件制作模具，它由第一高强内嵌式顶盖、第二高强内嵌式顶盖、第一固定套箍、第二固定套箍、高分子化合物隔离膜、第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板组成，其特征在于:低强度相似材料标准试件制作模具中第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板拼装在一起后，用第一固定套箍、第二固定套箍将第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板固定，在保证标准试件尺寸精度的同时，更便于拆模。在岩土相似材料与第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板之间布置高分子化合物隔离膜，防止相似材料与模具发生“黏结”现象，提高了低强度相似材料的成形率与拆模后的完整性。制作标准试件分层填料结束时可通过第一高强内嵌式顶盖、第二高强内嵌式顶盖对试件振捣压实，保证标准试件的密实度和强度。低强度标准试件制作模具是通过第一固定套箍、第二固定套箍将第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板拼装成整体，然后高分子化合物隔离膜“贴附”在第一分片组合式侧板、第二分片组合式侧板内侧，第一高强内嵌式顶盖、第二高强内嵌式顶盖分别位于侧板柱体的两端。这种设计既保证了模具尺寸的精度，又保证了模具组合拼装与拆装脱模的方便、高效。
[0009]本实用新型具有以下的优点和效果:
[0010]①在岩土相似材料与模具侧板间布置高分子化合物隔离膜，避免了相似材料与侧板直接接触，从而避免了 “黏结”现象；
[0011]②模具主体采用两片组合式侧板，两片侧板通过固定套箍拼装在一起，既保证了模具的整体性，又便于拆模，提高配比试验效率；
[0012]③模具柱体两端采用嵌入式顶底盖，在填料结束时，能够对试件振捣压实，保证了标准试件的密实度与强度。
[0013]④该模具制作的试件尺寸精确，且能够在填料压实后即拆模养护，即使含水量高、强度极低的材料也可在5分钟内拆模，对于大批量制作标准试件时，节省了模具数量，加快了相似材料试验进程。
【附图说明】
[0014]图1为一种低强度相似材料标准试件制作模具示意图。
[0015]图2为一种顶盖正视图及俯视图。
[0016]图3为一种固定套箍正视图及俯视图。
[0017]图4为一种组合式侧板示意图。
[0018]图5为一种高分子化合物隔离膜示意图。
[0019]其中:第一高强内嵌式顶盖1A、第二高强内嵌式顶盖1B、第一固定套箍2A、第二固定套箍2B、高分子化合物隔离膜3、第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明:
[0021]—种低强度相似材料标准试件制作模具，它由第一高强内嵌式顶盖1A、第二高强内嵌式顶盖IB、第一固定套箍2A、第二固定套箍2B、高分子化合物隔离膜3、第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B组成，其特征在于:低强度相似材料标准试件制作模具中第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B拼装在一起后，用第一固定套箍2A、第二固定套箍2B将第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B加以固定，在保证标准试件尺寸精度的同时，更便于拆模。在岩土相似材料与第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B之间布置高分子化合物隔离膜3，防止相似材料与模具发生“黏结”现象，提高了低强度相似材料的成形率与拆模后的完整性。制作标准试件分层填料结束时可通过第一高强内嵌式顶盖1A、第二高强内嵌式顶盖IB对试件振捣压实，保证标准试件的密实度和强度。低强度标准试件制作模具是通过第一固定套箍2A、第二固定套箍2B将第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B拼装成整体，然后高分子化合物隔离膜3“贴附”在第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B内侧，第一高强内嵌式顶盖1A、第二高强内嵌式顶盖IB分别位于侧板柱体的两端。这种设计既保证了模具尺寸的精度，又保证了模具组合拼装与拆装脱模的方便、高效。
[0022]具体实施时，低强度相似材料物理模型试验前期需要寻找符合现场岩土体强度、粘聚力、内摩擦角等参数的相似材料配比，这需要制作大量标准试件，进行单轴压缩、直接剪切等试验。为加快模型试验进度，提高工作效率，采用本专利涉及的低强度相似材料标准试件制作模具来加工低强度岩土相似材料标准试件。使用时，将第二高强内嵌式顶盖1B、第一固定套箍2A、第二固定套箍2B、第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B按图1所示位置拼装，随后将特制的高分子化合物隔离膜3贴合在第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B的内壁，随后可进行分层填料压实，在填料至第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B顶部时，将第一高强内嵌式顶盖IA盖上，并加压压实。由于在低强度相似材料与模具之间布置了高分子化合物隔离膜3，相似材料与模具不会直接接触，避免了“黏结”现象，同时，高分子化合物隔离膜3保证了所制作的标准试件的尺寸精度及试件的整体性，故可在较短时间内拆模养护。拆模时，先拆第一高强内嵌式顶盖1A、第二高强内嵌式顶盖1B，随后拆出第一固定套箍2A、第二固定套箍2B、第一分片组合式侧板4A、第二分片组合式侧板4B，最后将高分子化合物隔离膜3揭除，随后进行试件养护。若配比过程中含水量较高，且材料粘聚力较低，拆出隔离膜3可能导致标准试件破损、毁坏，此时可暂不揭除隔离膜3，使标准试件“带膜养护”，养护成型后再揭除高分子化合物隔离膜3即可。
【主权项】
1.一种低强度相似材料标准试件制作模具，它由第一高强内嵌式顶盖(1A)、第二高强内嵌式顶盖(1B)、第一固定套箍(2A)、第二固定套箍(2B)、高分子化合物隔离膜(3)、第一分片组合式侧板(4A)、第二分片组合式侧板(4B)组成，其特征在于:低强度相似材料标准试件制作模具中第一分片组合式侧板(4A)、第二分片组合式侧板(4B)拼装在一起，用第一固定套箍(2A)、第二固定套箍(2B)将第一分片组合式侧板(4A)、第二分片组合式侧板(4B)固定，在岩土相似材料与第一分片组合式侧板(4A)、第二分片组合式侧板(4B)之间布置高分子化合物隔离膜(3)，低强度标准试件制作模具通过第一固定套箍(2A)、第二固定套箍(2B)将第一分片组合式侧板(4A)、第二分片组合式侧板(4B)拼装成整体，高分子化合物隔离膜(3)贝占附在第一分片组合式侧板(4A)、第二分片组合式侧板(4B)内侧。2.根据权利要求1所述的一种低强度相似材料标准试件制作模具，其特征在于:第一高强内嵌式顶盖(1A)、第二高强内嵌式顶盖(IB)分别位于侧板柱体的两端。
【文档编号】G01N1/28GK205538378SQ201520966372
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年11月27日
【发明人】雷广峰, 肖龙鸽, 刘滨, 苏守, 苏守一, 周哲, 王俊涛, 彭星新, 张静
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所