一種制作模擬原巖結構面的多尺度模具的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，包括A型外板、B型外板、C型外板、底板、平直插板、曲面插板、插銷、環扣、螺母、夾套；模擬巖石結構面剪切試驗需要利用模具澆筑結構面試樣，為研究尺寸效應對結構面剪切特性的影響，試驗需制備許多尺寸大小不一的結構面試樣，然而，實驗室不是難以提供這么多尺寸不一的模具，就是耗費巨資定制各種尺寸的模具，從而造成極大的浪費。在結構面試樣的制作過程中采用一種能制作多種尺度的結構面模具，不僅能制作出許多不同尺寸的結構面試樣，而且避免了資源的浪費，節約試驗的成本。
【專利說明】一種制作模擬原巖結構面的多尺度模具

【技術領域】
[0001]本發明涉及工程領域采用結構面抗剪強度指標進行工程設計，具體涉及一種制作模擬原巖結構面的多尺度模具。

【背景技術】
[0002]巖體結構面是指巖體內結構面和結構體的排列組合形式。巖體經受各種地質作用，形成具有不同特性的地質界面，稱為結構面；結構面將巖體分割成形態不一、大小不等的巖塊，稱為結構體。由于結構面的存在會破壞巖體的連續性和完整性，削弱工程巖體的力學性質及其穩定性。因而，需要對巖體結構面的有關性質加以研究。
[0003]在進行實驗研究時，巖石的抗剪強度參數是巖體穩定性分析及加固治理方案設計的重要指標，目前的方式一般是通過巖體試驗得到結構面抗剪強度指標，主要是室內直剪試驗，然而，結構面的剪切特性具有明顯的尺寸效應，只有研究其尺寸效應對剪切特性的影響規律，才能在工程實踐中準確地選取結構面抗剪強度參數指標，從而服務于工程設計。
[0004]由于巖體內部的復雜性，要想多次完整地獲得同一結構面的試樣十分不易，且試驗是破壞性試驗，試樣不能重復利用。因此，在結構面的試驗中多采用相似材料依據相似原理模擬原巖結構面，從而實現對同一結構面進行反復試驗。顯然，采用相似材料澆筑結構面試樣需要預先制模，特別是研究結構面的尺寸效應的試驗中需制備大量結構面試樣，模具就顯得尤為重要。實驗室不是難以提供這么多尺寸不一的模具，就是需耗費巨資定制各種尺寸的模具，而造成極大的浪費。因此，如果能提供一種尺寸可調、能制備出不同尺寸大小的結構面試樣的模具，將會在很大程度上提高試驗的效率和資源利用率、減少試驗成本。本發明旨在提供一種能模擬多種尺寸原巖結構面的模具。


【發明內容】

[0005]本發明的目的為了解決模擬原巖結構面試樣的模具不能制備多種尺寸大小結構面試樣且結構面表面形態不具有代表性等缺點，而提供一種結構簡單，操作方便，價格低廉，容易拆卸，便于試驗研究及工程應用的結構面多尺度模的模具。
[0006]本發明為了實現上述目的，所采用的技術方案為:
一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，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、插銷、環扣、螺母以及夾套幾個部分；所述的A型外板與底板無縫焊接成一個整體；所述環扣有四個，分別設置于所述A型外板與B型外板上各兩個；所述C型外板的一端設有一個卡槽，卡槽卡在所述A型外板卡上，卡槽的側邊與頂部各有一個螺紋孔，每一個螺絲孔配有一個起固定作用的螺母；所述夾套是一個倒U型結構活動夾套，其一側設有一個插槽，另一側和頂端設置有一個螺紋孔，且每一個螺絲孔都配有一個起固定作用的螺母；所述B型外板和C型外板上各設有兩個對稱夾套，且每個夾套的插槽端相對應；所述用于制作平直結構面試樣的平直插板的兩端和所述用于模擬表面起伏結構面的曲面插板的兩端分別插入所述B型外板和C型外板上相對稱的夾套的插槽內。
[0007]以上所訴A型外板上環扣水平布置，B型外板上環扣垂直布置，將A型外板上環扣移入B型外板上環扣內，并插上插銷以便將兩塊外板牢牢鎖扣在一起。
[0008]以上所訴B型外板上環扣水平布置，A型外板上環扣垂直布置，將B型外板上環扣移入A型外板上環扣內，并插上插銷以便將兩塊外板牢牢鎖扣在一起。
[0009]以上所訴A型外板上環扣和B型外板上環扣水平交錯布置，然后將所述的插銷依次穿過四個環扣，將A型外板上環扣和B型外板牢牢鎖扣在一起。
[0010]以上所述A型外板、B型外板以及C型外板上均設有刻度，調節夾套和C型外板的位置，實現所需結構面試樣的尺寸。
[0011]以上所述的曲面插板是根據Barton的十條標準粗糙度曲線來模擬原巖表面形態結構面曲線的結構。
[0012]以上所述曲面插板左右側各留有0.5cm的光滑面以便插入插槽內。
[0013]以上所述A型外板、B型外板、C型外板以及底板均為鋼板。
[0014]本發明提供的模具，可一次制作出多個高度吻合的上下盤模型。在進行相似模擬結構面表面形態制作過程中使用模具，調節好相應的尺寸后，插入Barton曲面插板或平直插板后，將相似材料包括砂石、水泥、水、微硅粉和高效減水劑的原材料按需要配比稱量好，原料經攪拌均勻，制成與原巖結構面力學性質相似的結構面試樣，用以代替巖石結構面進行直剪試驗。
[0015]本發明與現有技術相比有以下優點:
1、本發明的模具通過往外板上增加夾套數量不僅可一次澆筑得到多個相同尺寸的模擬原巖結構面的試樣，而且能實現一次澆筑即得到多個不同尺寸的模擬原巖結構面的試樣，可大大提高制樣的效率；
2、本發明的模具通過外板上的刻度指示移動卡槽和夾套的位置，從而調節模具內的空間大小，繼而燒筑不同尺寸的模擬原巖結構面的試樣；
3、本發明的模具的每一塊模板均能拆卸，故澆筑模型后拆模簡單，取樣過程不會導致試樣損壞，試樣完整性好；
4、本發明的模具原理簡單易懂，可以通過將模板插入不同卡槽實現制作不同尺度模型，既能節約制作模具的總成本，又避免資源的浪費；
5、本發明的模具結構簡單，便于攜帶、操作方便、易于拆卸，具有較大的實用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的模具結構示意圖。
[0017]圖2為本發明中制作的10塊曲面插板對應的巖石力學中典型barton結構面系列的曲線和編號。
[0018]圖3為本發明其中的A型外板和底板結構示意圖。
[0019]圖4為本發明其中的C型外板結構示意圖。
[0020]圖5為本發明其中的夾套結構示意圖。
[0021 ] 上述圖中:1-A型外板、2-B型外板、3-C型外板、4_夾套、5_環扣、6_插銷、7_螺母、8-平直插板、9-曲面插板、10-卡槽、11-底板、12-插槽。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明做詳細具體的說明，但是本發明的保護范圍并不局限于以下實施例。
[0023]本發明提供的一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，拼裝好的模具其結構如圖1所示。使用前時先將A型外板I上的環扣5移入B型外板2上環扣內，并插上插銷6以便將兩塊外板牢牢鎖扣在一起；將C型外板3上的卡槽10卡在A型外板I上，稍稍擰緊螺絲使其不至于晃動；在B型外板2和C型外板3上各放置兩個夾套4，同樣稍稍擰緊其上帶有的螺絲使其初步固定，將B、C型外板上的夾套對應地移動到相同的刻度位置，在后面一對夾套的插槽12內插入一塊平直插板8，到此即完成模具的初步拼裝。
[0024]本實施例中，模擬原巖結構面的多尺度模具中A型外板、B型外板采用厚度為5mm的鋼板，尺寸均為為20cmX 15cm,底板采用材料與A、B型外板一樣,尺寸為20cmX20cm,與A型外板底邊無縫焊接在一起；C型外板厚度為5mm，尺寸為23cmX 17cm,其上有一尺寸為15cmX0.6cm的卡槽,卡槽卡在A型外板上,能通過移動卡槽而使C型外板在A型外板上移動，移至合適位置時也可通過擰緊C型外板上布置的兩個螺母使其與A型外板固定；A、B、C型外板上均設有刻度尺，且A型外板是橫向與豎向均設有，B、C型外板則僅橫向設有刻度；夾套采用厚度為Icm的鋼板，尺度為17cmX3cm，其上設有一寬度為0.5cm插槽，根據所需制備試樣的尺寸相應移動夾套至B型或C型外板上的對應刻度位置，并擰緊螺母使其固定；根據所模擬結構面的表面形態選擇曲面插板或平直插板插入夾套的插槽內，至此模具組裝完畢。
[0025]根據實驗要求的結構面尺寸，在本實驗中，結構面試樣的尺寸大小一般要求為3cmX 3cnTl2cmX 12cm,高2_5cm的長方體,本發明模具完全能滿足要求。
[0026]下面以規格為模擬4cmX4cmX4cm的結構面試樣為例，說明本發明的實施方案如下:
根據所要模擬結構面的尺寸，移動C型外板上的卡槽至A型外板刻度為5cm的位置，抒緊螺絲使其固定；根據4cm這個尺寸可知，一次燒筑能得到4個4cmX4cmX4cm模擬結構面的試樣，在B型、C型外板上可各放置4個夾套，分別在外板上指示刻度為4cm、8.5cm、13cm、17.5cm處各放一個夾套，同時將其上的螺絲擰緊使其與外板固定；再選擇3塊寬度為5cm的曲面插板分別插入4cm、8.5cm、13cm處的插槽內，選擇I塊寬度為5cm的平直插板插入17cm處的插槽內，至此完成該尺寸下模具的完全拼裝。
[0027]根據相似原理，按巖石強度設計混凝土的配合比，按配合比稱量好混凝土原材料、拌勻，倒入攪拌機中充分攪拌，在倒料前，在模板內側均墊上一層砂紙，使容易脫模。再將攪拌好的材料倒入模具與模板間的空間中，4個小空間內同時進行澆筑，與此同時，打開振動臺對混凝土進行震實，待液面升至A型外板和夾套上的豎向刻度線指示4cm位置即停止向內倒料。結構面試樣在20°C下進行室內養護24小時后，即開始拆模。先將所有曲面插板抽出，再松下所有螺絲，拔出插銷，拆卸下外板，即可得到4個4cmX 4cmX 4cm的模擬結構面試樣。將其放在標準養護室內繼續養護即可。
[0028]本發明模具結構簡單、操作方便、易于拆卸、制作模型效率高，又可制作多種尺寸的Barton表面形態的結構面用于進行試驗研究。不僅能節約制作模具的總成本，避免資源的浪費，還可大大縮短試驗周期。本發明模具具有良好的推廣應用前景。
【權利要求】
1.一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，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、插銷、環扣、螺母以及夾套幾個部分；所述的A型外板與底板無縫焊接成一個整體；所述環扣有四個，分別設置于所述A型外板與B型外板上各兩個；所述C型外板的一端設有一個卡槽，卡槽卡在所述A型外板卡上，卡槽的側邊與頂部各有一個螺紋孔，每一個螺絲孔配有一個起固定作用的螺母；所述夾套是一個倒U型結構活動夾套，其一側設有一個插槽，另一側和頂端設置有一個螺紋孔，且每一個螺絲孔都配有一個起固定作用的螺母；所述B型外板和C型外板上各設有兩個對稱夾套，且每個夾套的插槽端相對應；所述用于制作平直結構面試樣的平直插板的兩端和所述用于模擬表面起伏結構面的曲面插板的兩端分別插入所述B型外板和C型外板上相對稱的夾套的插槽內。
2.根據權利要求1所述的一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，其特征在于:所訴A型外板上環扣水平布置，B型外板上環扣垂直布置，將A型外板上環扣移入B型外板上環扣內，并插上插銷以便將兩塊外板牢牢鎖扣在一起。
3.根據權利要求1所述的一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，其特征在于:所訴B型外板上環扣水平布置，A型外板上環扣垂直布置，將B型外板上環扣移入A型外板上環扣內，并插上插銷以便將兩塊外板牢牢鎖扣在一起。
4.根據權利要求1所述的一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，其特征在于:所訴A型外板上環扣和B型外板上環扣水平交錯布置，然后將所述的插銷依次穿過四個環扣，將A型外板上環扣和B型外板牢牢鎖扣在一起。
5.根據權利要求1所述的一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，其特征在于:所述A型外板、B型外板以及C型外板上均設有刻度，調節夾套和C型外板的位置，實現所需結構面試樣的尺寸。
6.根據權利要求1所述的一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，其特征在于:所述的曲面插板是根據Barton的十條標準粗糙度曲線來模擬原巖表面形態結構面曲線的結構。
7.根據權利要求1所述的一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，其特征在于:所述曲面插板左右側各留有0.5cm的光滑面以便插入插槽內。
8.根據權利要求1所述的一種制作模擬原巖表面形態結構面的多尺度模具，其特征在于:所述A型外板、B型外板、C型外板以及底板均為鋼板。
【文檔編號】G01N1/28GK104236976SQ201410506670
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】吳瓊, 江強強, 方堃, 胡建, 李相慧, 向勇, 高旭, 唐楊, 楊曉慶 申請人:中國地質大學