CN101726435A - 直剪试验结构面模型的制作模具 - Google Patents

Abstract

一种直剪试验结构面模型的制作模具，包括上盘模具、下盘模具和定位销，上盘模具位于下盘模具上，上盘模具的侧板底面设有用以实现上盘模具和下盘模具对中的定位销，上盘模具包括上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板，上盘模具形成的空腔形状与待制作的上盘结构面模型匹配，上前侧板与上左侧板、上右侧板固定连接，上后侧板与上左侧板、上右侧板固定连接；下盘模具包括下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板，下盘模具形成的空腔形状与待制作的下盘结构面模型匹配，下前侧板与下左侧板、下右侧板固定连接，下后侧板与下左侧板、下右侧板固定连接。本发明不但操作方便、速度快、精度高，且能够制作多种尺度且上下盘完全吻合的结构面。

Description

直剪试验结构面模型的制作模具

技术领域

本发明涉及直剪试验结构面模型的制作模具，适用于制作上下盘相互吻合的一组结构面，可制作的结构面模型的平面尺寸范围为10cm×10cm-100cm×100cm。本发明属于工程技术领域。

背景技术

岩体工程中为了评价岩体结构面的稳定性，需要通过直剪试验得到岩体结构面的抗剪强度指标。在传统的直剪试验中所采用的试样结构面是原岩结构面，但是采用原岩结构面有如下不足：(1)原岩结构面的上下盘吻合度差。由于原岩结构面的上下盘在取样、切割、搬运及安装过程中结构面的表面形态易破损，造成上下盘结构面吻合度差，而结构面的表面形态是影响抗剪强度的重要因素，因此会对试验结果造成较大误差。(2)原岩结构面的尺寸是单一的，不能做不同尺度的结构面直剪试验。采用原岩结构面做试样，只能做和原岩尺寸一样大的结构面直剪试验，且只能得到一种尺寸的结构面抗剪强度，不能得到多尺寸的结构面抗剪强度，因此就不能分析抗剪强度的尺寸效应，也就不能得到结构面抗剪强度的稳定阈值，这样的试验结果势必会对工程应用造成较大误差。(3)获得原岩结构面的周期长、成本高，不能满足高精度的试验及工程需求。

由于岩体结构面的表面形态和上下盘的吻合度是影响结构面抗剪强度的关键因素，因此，如果能把原岩结构面的表面形态及吻合度复制出来就可以代替原岩结构面进行直剪试验。为了制作这样的结构面模型就需要相应的制作模具，本发明就是为了解决如何制作与原岩表面形态一致、结构面上下盘吻合度高及多种尺度的结构面模型而发明的配套模具，以解决原岩结构面吻合度差、不能做多种尺度及取样困难、工期长、费用高的缺点。

发明内容

本发明的目的是解决原岩结构面上下盘吻合度差、不能做多种尺度及取样困难、工期长、费用高的缺点，本发明提供一种能够制作上下盘吻合度高及多尺度直剪试验结构面模型的制作模具，使用该模具制作不但操作方便、速度快、精度高，且能够制作多种尺度且上下盘完全吻合的结构面。

为了解决上述技术问题所提出的技术方案：

一种直剪试验结构面模型的制作模具，包括上盘模具、下盘模具和定位销，所述上盘模具位于所述下盘模具上，所述上盘模具的侧板底面设有用以实现上盘模具和下盘模具对中的定位销，所述上盘模具包括上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板，所述上盘模具形成的空腔形状与待制作的上盘结构面模型匹配，上前侧板与上左侧板、上右侧板固定连接，所述上后侧板与上左侧板、上右侧板固定连接；所述下盘模具包括下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板，所述下盘模具形成的空腔形状与待制作的下盘结构面模型匹配，下前侧板与下左侧板、下右侧板固定连接，所述下后侧板与下左侧板、下右侧板固定连接。

进一步，所述上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板的两端分别设有开口槽和转动螺杆，上前侧板的转动螺杆套装在上左侧板的开口槽内，所述上右侧板的转动螺杆套装在上前侧板的开口槽内，上左侧板的转动螺杆套装在上后侧板的开口槽内，上后侧板的转动螺杆套装在上右侧板的开口槽内；

所述下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板的两端分别设有开口槽和转动螺杆，下前侧板的转动螺杆套装在下左侧板的开口槽内，所述下右侧板的转动螺杆套装在下前侧板的开口槽内，下左侧板的转动螺杆套装在下后侧板的开口槽内，下后侧板的转动螺杆套装在下右侧板的开口槽内。

再进一步，所述上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板的两端分别设有两个开口槽和两根转动螺杆；所述下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板的两端分别设有两个开口槽和两根转动螺杆。即通过两组转动螺杆和开口槽的组合来进行固定。

本发明为直剪试验结构面模型的制作模具，包括：

(1)结构面上盘模具，共有10个，模具外部尺寸由小到大分别为11.6cm×11.6cm×5cm(长度×宽度×高度，余同)、21.6cm×21.6cm×10cm、31.6cm×31.6cm×15cm、41.6cm×41.6cm×20cm、51.6cm×51.6cm×25cm、61.6cm×61.6cm×30cm、71.6cm×71.6cm×35cm、81.6cm×81.6cm×40cm、91.6cm×91.6cm×45cm、101.6cm×101.6cm×50cm，由于钢模具的厚度为1.6cm，因此模具的内空尺寸分别为10cm×10cm×5cm、20cm×20cm×10cm、30cm×30cm×15cm、40cm×40cm×20cm、50cm×50cm×25cm、60cm×60cm×30cm、70cm×70cm×35cm、80cm×80cm×40cm、90cm×90cm×45cm、100cm×100cm×50cm。每个上盘模具有四个侧板组成，每个侧板上有2个开口槽和转动螺杆，四个侧板通过开口槽和转动螺杆组合成上盘模具。

(2)结构面下盘模具，与上盘模具相配套，模具外部尺寸由小到大分别为11.6cm×11.6cm×5cm(长度×宽度×高度，余同)、21.6cm×21.6cm×10cm、31.6cm×31.6cm×15cm、41.6cm×41.6cm×20cm、51.6cm×51.6cm×25cm、61.6cm×61.6cm×30cm、71.6cm×71.6cm×35cm、81.6cm×81.6cm×40cm、91.6cm×91.6cm×45cm、101.6cm×101.6cm×50cm，由于钢模具的厚度为1.6cm，因此模具的内空尺寸分别为10cm×10cm×5cm、20cm×20cm×10cm、30cm×30cm×15cm、40cm×40cm×20cm、50cm×50cm×25cm、60cm×60cm×30cm、70cm×70cm×35cm、80cm×80cm×40cm、90cm×90cm×45cm、100cm×100cm×50cm。每个下盘模具有四个侧板组成，每个侧板上有2个开口槽和转动螺杆，四个侧板通过开口槽和转动螺杆组合成下盘模具。

(3)定位销。定位销位于上盘模具的顶面，能使上下盘模具对中，保证了结构面模型试样的上下盘完全吻合。

本发明给出了结构面模型的制作模具，可以制作平面尺寸(平面尺寸指的是长度×宽度)分别为10cm×10cm、20cm×20cm、30cm×30cm、40cm×40cm、50cm×50cm、60cm×60cm、70cm×70cm、80cm×80cm、90cm×90cm、100cm×100cm的上盘结构面模型试样和平面尺寸分别为10cm×10cm、20cm×20cm、30cm×30cm、40cm×40cm、50cm×50cm、60cm×60cm、70cm×70cm、80cm×80cm、90cm×90cm、100cm×100cm的下盘结构面模型试样。同样尺寸的上下盘结构面型试样叠放在一起就形成了一个完整的直剪试验结构面试样模型，形成的结构面试样模型的尺寸为10cm×10cm×10cm(由上下盘结构面模型叠合组成，其他尺寸类同)、20cm×20cm×20cm、30cm×30cm×30cm、40cm×40cm×40cm、50cm×50cm×50cm、60cm×60cm×60cm、70cm×70cm×70cm、80cm×80cm×80cm、90cm×90cm×90cm、100cm×100cm×100cm。

本发明的技术效果为：(1)能制作和原岩结构面表面形态一致的结构面模型。(2)该模具是系列模具，尺寸由小到大，可在同一块结构面上制作多尺度的结构面模型。(3)该模具分成上下两盘，由于上下盘模具的完全吻合，使得制作的结构面模型的上下盘也完全吻合，直剪试验的精度高。

附图说明

图1是上盘模具的示意图。

图2是单块侧板的结构示意图。

图3是转动螺杆的示意图。

图4是下盘模具的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1~图4，一种直剪试验结构面模型的制作模具，包括上盘模具、下盘模具和定位销，所述上盘模具位于所述下盘模具上，所述上盘模具的侧板底面设有用以实现上盘模具和下盘模具对中的定位销1，所述上盘模具包括上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板，所述上盘模具形成的空腔形状与待制作的上盘结构面模型匹配，上前侧板与上左侧板、上右侧板固定连接，所述上后侧板与上左侧板、上右侧板固定连接；所述下盘模具包括下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板，所述下盘模具形成的空腔形状与待制作的下盘结构面模型匹配，下前侧板与下左侧板、下右侧板固定连接，所述下后侧板与下左侧板、下右侧板固定连接。

所述上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板的两端分别设有开口槽2和转动螺杆3，上前侧板的转动螺杆套装在上左侧板的开口槽内，所述上右侧板的转动螺杆套装在上前侧板的开口槽内，上左侧板的转动螺杆套装在上后侧板的开口槽内，上后侧板的转动螺杆套装在上右侧板的开口槽内；

所述下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板的两端分别设有开口槽和转动螺杆，下前侧板的转动螺杆套装在下左侧板的开口槽内，所述下右侧板的转动螺杆套装在下前侧板的开口槽内，下左侧板的转动螺杆套装在下后侧板的开口槽内，下后侧板的转动螺杆套装在下右侧板的开口槽内。

所述上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板的两端分别设有两个开口槽和两根转动螺杆；所述下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板的两端分别设有两个开口槽和两根转动螺杆。即通过两组转动螺杆和开口槽的组合来进行固定。

高速公路岩体边坡的稳定抗剪强度的力学参数需要通过多尺度的结构面模型直剪试验获得。需要制作的结构面模型的平面尺寸是10cm×10cm、20cm×20cm、30cm×30cm、40cm×40cm、50cm×50cm、60cm×60cm、70cm×70cm、80cm×80cm、90cm×90cm、100cm×100cm。

以平面尺寸为20cm×20cm结构面模型试样(该模型分为上下盘，上下盘结构面模型试样叠合后的具体尺寸均为20cm×20cm×10cm)制作为例，本发明的实施方案是：

(a)选取要做试样的原状岩石结构面，地表面上铺砂，对砂面进行大致找平。把原状岩石平放在找平的砂层上，对岩体的结构面进行找平。把选取的原状结构面打扫干净，然后在待选取的位置(26.6cm×26.6cm，通常比采用模具的长度和宽度尺寸大5cm)涂脱模剂(油)，并铺隔离膜。

(b)把选定好的下盘模具(21.6cm×21.6cm×10cm)放在指定的原状结构面位置，并把下部模具上表面调整水平。对下部模具的内侧壁进行涂脱模剂(油)处理。

(c)对砂、水、硅粉、水泥、减少剂按特定的配合比进行称量，并把称量好的原材料倒入到搅拌机中进行搅拌。搅拌均匀后，把混合材料分层倒入试样下部模具内，且在浇注的过程中要对其充分振捣。浇注完毕后要保证模拟岩石的上表面是水平的。试样保水养护14天后，把试样连同下盘模具一起进行翻转，并把制得的下盘结构面模型上已用过的隔离膜去掉。

(d)在制得的下盘结构面上进行涂油处理，并铺上隔离膜，并把另一半与之匹配的同样尺寸的试样上盘模具通过定位销对中放在下盘模具上，并在上盘模具的内侧壁上涂脱模剂(油)，最后调整上盘模具上表面呈水平。

(e)再次对砂、水、硅粉、水泥、减少剂按特定的配合比进行称量，并把称量好的原材料倒入到搅拌机中，进行搅拌。搅拌均匀后，把混合材料分层倒在试样上部模具内，且在浇注的过程中要对其充分振捣。浇注完毕后要保证模拟岩石的上表面是水平的。试样养护14天后，进行脱模处理。就可得到完全吻合且平面尺寸为20cm×20cm结构面模型，继续养护14天后可进行试样的抗剪强度直剪试验。

(f)重复上述步骤(a-e)各10次，并分别选择不同的上下盘模具(11.6cm×11.6cm×5cm(长度×宽度×高度，余同)、21.6cm×21.6cm×10cm、31.6cm×31.6cm×15cm、41.6cm×41.6cm×20cm、51.6cm×51.6cm×25cm、61.6cm×61.6cm×30cm、71.6cm×71.6cm×35cm、81.6cm×81.6cm×40cm、91.6cm×91.6cm×45cm、101.6cm×101.6cm×50cm)，就可制得尺寸分别为10cm×10cm×10cm(长度×宽度×高度，由上下盘结构面模型叠合组成，其他尺寸类同)、20cm×20cm×20cm、30cm×30cm×30cm、40cm×40cm×40cm、50cm×50cm×50cm、60cm×60cm×60cm、70cm×70cm×70cm、80cm×80cm×80cm、90cm×90cm×90cm、100cm×100cm×100cm的结构面模型。根据结构面模型可进行不同尺度的直剪试验，就可分析结构面抗剪强度的尺寸效应。

Claims (3)

1.一种直剪试验结构面模型的制作模具，其特征在于：所述制作模具包括上盘模具、下盘模具和定位销，所述上盘模具位于所述下盘模具上，所述上盘模具的侧板底面设有用以实现上盘模具和下盘模具对中的定位销，所述上盘模具包括上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板，所述上盘模具形成的空腔形状与待制作的上盘结构面模型匹配，上前侧板与上左侧板、上右侧板固定连接，所述上后侧板与上左侧板、上右侧板固定连接；所述下盘模具包括下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板，所述下盘模具形成的空腔形状与待制作的下盘结构面模型匹配，下前侧板与下左侧板、下右侧板固定连接，所述下后侧板与下左侧板、下右侧板固定连接。

2.如权利要求1所述的直剪试验结构面模型的制作模具，其特征在于：所述上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板的两端分别设有开口槽和转动螺杆，上前侧板的转动螺杆套装在上左侧板的开口槽内，所述上右侧板的转动螺杆套装在上前侧板的开口槽内，上左侧板的转动螺杆套装在上后侧板的开口槽内，上后侧板的转动螺杆套装在上右侧板的开口槽内；

所述下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板的两端分别设有开口槽和转动螺杆，下前侧板的转动螺杆套装在下左侧板的开口槽内，所述下右侧板的转动螺杆套装在下前侧板的开口槽内，下左侧板的转动螺杆套装在下后侧板的开口槽内，下后侧板的转动螺杆套装在下右侧板的开口槽内。

3.如权利要求2所述的直剪试验结构面模型的制作模具，其特征在于：所述上前侧板、上左侧板、上后侧板和上右侧板的两端分别设有两个开口槽和两根转动螺杆；

所述下前侧板、下左侧板、下后侧板和下右侧板的两端分别设有两个开口槽和两根转动螺杆。

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