CN103674646B - 起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具，包括槽形定位底座，弧形活动板和模具外框，槽形定位底座为矩形槽体，槽体上边框设有小台阶和T形凹槽；弧形活动板由N片叠片叠合构成，通过螺杆、螺母定位于槽形定位底座中；模具外框为矩形，罩在弧形活动板外，其下边框放置在槽形定位底座的小台阶上。使用本模具制作试样的方法是：把叠片全部套在两个螺杆上，对照试样结构面起伏角度和尺寸调整两个螺杆上每一片叠片安装的高度，使每一片叠片与结构面起伏角度和尺寸吻合后，用螺母固定紧形成弧形活动板；对模具外框内壁及弧形活动板涂脱模剂；倒入浇筑料制样，养护后脱模制得试样。本模具结构简单，对结构面起伏度和尺寸易于控制操作。

Description

起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具及其使用方法，具体地说是制作一种直剪试验用波状起伏结构面模型的模具及其使用方法，尤其适用于制作上下盘相互吻合的一组波状起伏结构面。

背景技术

岩石结构面是岩体内存在着不同成因、不同特性的地质界面，包括物质分异面和不连续面，如层理、片理、断层和节理。结构面的存在破坏了岩体的连续性和完整性，也正是由于结构面的存在而造成岩质边坡经常有滑坡灾害事故发生，因此对岩体中的结构面进行研究是解决岩质边坡稳定性难题的关键。

结构面的抗剪强度很大程度上影响着岩体的稳定性，是工程设计中的重要参考指标。直剪试验是获取结构面抗剪强度参数的重要方法，通过直剪试验取得结构面的力学参数，为工程设计提供依据。在传统的直剪试验中，通常采用原岩结构面的试样进行直剪试验，需要至少4-5个相类似的原岩结构面分别在不同正压力条件下施加轴向压力进行剪切直至破坏，从而获得岩体结构面的抗剪强度，再采用摩尔-库伦理论求得总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数。然而在野外取原岩结构面试样时无法在同一处取得多个完全一致的样品，进而使得结构面试验结果与实际存在着较大误差，这些存在误差的参数对工程设计造成严重的影响，且原岩结构面的试验是破坏性试验，一旦破坏了不能修复和重复利用。

同时采用原岩结构面存在多种不足：(1)原岩结构面的现场取样的成本高，运输困难，试验周期长，且试验样本较少，获得的试验结果高度离散，很难统计，更难以满足大量工程的需要(2)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。(3)不能进行多种起伏度的结构面直剪试验，由于一个原岩结构面只能进行一次破坏性试验，因此不能得到不同起伏度的试样，进而不能分析结构面的起伏形态对结构面强度的影响机理及程度，故不能把试验结果直接运用到实际工程岩体中。(4)对于如泥岩之类软岩及土体类在野外难于取得结构面，且其表面形态各异，起伏偏弧状，其对岩体稳定性影响又颇大，只能在室内模型试验的基础上研究其力学特性。由于上述原因，如果能把原岩结构面的表面形态及吻合度复制出来，并且模拟出现场无法取样的岩体结构面，就可以代替原岩结构面进行直剪试验。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有岩石结构面现场取样难、试验样本少，试验周期长，试验成本高、直剪试验结果不可靠或不能体现特殊性的缺点，而提供一种操作方便、制作精度高、速度快的起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具及其使用方法，且所制作的直剪试验结构面试样的尺度及起伏度多样，上下盘吻合度高。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术措施是：提供一种起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具，包括槽形定位底座，弧形活动板和模具外框，所述的槽形定位底座为一个矩形槽体，槽体的上边框设有一圈小台阶，槽体的两侧宽边中均设有2个T形凹槽；所述的弧形活动板由N片叠片紧密叠合构成，所述的叠片为具有相对厚度的矩形体，每片叠片的表面设有滚花，每片叠片中设有两条条形螺杆固定孔，通过控制调节每片叠片在螺杆中安装的位置构成弧形活动板可控的不同的波状起伏结构面，所述的弧形活动板通过螺杆、螺母定位于槽形定位底座中，螺杆与两端的螺母落在槽形定位底座的2个T形凹槽上；所述的模具外框为矩形，其周长与槽形定位底座的小台阶周长相等，两侧宽边中设有槽口，模具外框罩在弧形活动板外，模具外框所设的槽口位置与螺杆、螺母安装的位置对应，模具外框的下边框放置在槽形定位底座的小台阶中。

本发明所述的弧形活动板由N片叠片紧密叠合构成，所述的叠片具有相对的厚度，每片叠片的表面设有滚花，每片叠片中设有两条条形螺杆固定孔，条形螺杆固定孔孔径与螺杆直径一样，通过控制调节每片叠片在螺杆中安装的位置构成弧形活动板可控的、不同起伏度的波状结构面。

本发明中所述的弧形活动板波状起伏结构面的起伏角度调节范围为0°～45°。

本发明中所述的叠片数量N与弧形活动板的长度和制作的每一叠片的厚度相关。

本发明中槽形定位底座为不锈钢槽体，模具外框为金属框，叠片表面可设各种滚花，设滚花的目的是为了增大叠片与叠片之间的摩擦力，以防止制作模型试样时叠片位移使设计好的结构面起伏波形形状发生变化。将叠片插在螺杆上，按照拟定的形状进行排列，得到所需要的结构面起伏形状之后用螺母将其固定。然后将组合成的弧形结构板安置在槽形定位底座之上，并将模具外框罩在弧形结构板外,且在槽形定位底座上面，即可进行结构面模型试样的浇筑。

本发明通过N片叠片紧密叠合及控制每片叠片安装的高度，就可随意构成起伏度变化弧形活动板，解决了如何模拟与原岩表面形态一致、结构面上下盘吻合度高及多种起伏度的结构面模型的制作。

本发明还提供一种使用上述的起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具的方法，按如下步骤操作：

(a)使用所述的模具制作试验模型前，先确定好要做试验用的结构面起伏角度和尺寸，将结构面起伏角度和尺寸的轮廓清晰地画在白纸或画在一个平面上；把模具中的两个螺杆其中一端都固定好螺母，将每一片叠片依次紧密地套在两个螺杆上，叠片侧放在所述的白纸或平面上，叠片顶部朝画有结构面起伏的轮廓，叠片都在两个螺杆上套好后，对照画有结构面起伏的轮廓依次调整每一叠片的位置，得到需要的结构面起伏角度和形态后，用螺母将两个螺杆的另一端固定紧，确保每个叠片都固定不动，这样形成所需要起伏角度和尺寸的弧形活动板；

(b)将槽形定位底座固定在水平面上，将固定好的弧形活动板安放在槽形定位底座上，然后将模具外框罩在弧形活动面板外面，且放在槽形定位底座上，并保证模具外框的下侧边放置在槽形定位底座的小台阶上，模具外框的两侧宽边上的两个槽口卡住两侧螺母；

(c)对模具外框的内侧壁及弧形活动板涂脱模剂处理；

(d)将砂、水、硅粉、水泥、减少剂按设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模具内，浇筑过程中充分振捣；浇筑完毕将模拟岩石的上表面做成水平的；试样保水养护14天后，把试样连同模具一起进行翻转，并把制得的下盘结构面模型上已用过的隔离膜去掉；

(e)再次重复上述步骤(d)，浇筑试样，试样保水养护14天后，进行脱模处理，即可得到与所制的下盘结构面起伏度和尺寸一样的上盘结构面；

(f)在制得的下盘结构面上进行涂油处理，并铺上隔离膜，然后将上述制得的上盘结构面翻转一百八十度放在下盘波状起伏结构面上，调整一下，使得上下盘结构面起伏度完全贴合；就可得到完全吻合的波状起伏结构面模型，继续养护14天后可进行试样的抗剪强度直剪试验；

(g)重复上述步骤(b)～(d)数次，并分别调整弧形结构板上叠片的位置，便得到不同角度和尺寸的波状起伏结构面模型。

本发明的模具及其使用方法与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)通过本发明的配套模具，解决了原岩结构面取样困难、吻合度差、不能做多种起伏度及工期长、费用高等缺点。本发明模具可制作不同起伏度的波状结构面试样，起伏度可调节的范围为0°～45°，也可以模拟制作各种不同尺度波状表面起伏形态的岩体结构面，满足工程岩体结构面制样要求。

(2)本发明模具可以制作各类软岩结构面及土体接触面试样，解决了软岩及土体取样存在取样难度大、规则性差、难于搬运和制样等诸多难点，解决了工程实践的这一技术难题，为软岩结构面及土体接触面室内试验的研究提供了更为便捷的制样方式。

(3)本发明模具可依次制作结构面上、下盘试样，节省材料，且制作的结构面模型的上下盘完全吻合，极大地提高了直剪试验的精度。本模具可以开展不同相似配比材料进行不同强度特性的岩块和结构面的制样，具有适用面广的特点。

(4)本模具为开放式制样模具，可方便地进行岩块和结构面的制样操作，简便快捷，使用成本较低。

附图说明

图1本发明一种起伏度可控的波状起伏结构面试样模具的整体结构示意图。

图2本发明中试样模具的槽形定位底座的俯视结构示意图。

图3本发明中试样模具的模具外框结构示意图。

图4本发明中试样模具的螺杆结构示意图。

图5本发明中试样模具的弧形活动板结构示意图。

图6本发明中试样模具的叠片结构示意图。

上述图中：1-槽形定位底座，2-模具外框，3-弧形活动板，4-螺母，5-螺杆，6-T形凹槽，7-小台阶，8-叠片，9-滚花，10-条形螺杆固定孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：本发明提供的一种起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具，其整体结构如图1所示，采用模块化设计思路，设计了槽形定位底座1，弧形活动板3和模具外框2，所述的槽形定位底座1为一个矩形槽体，参见图2，槽体的上边框设有一圈小台阶7，槽体的两侧宽边中均设有2个T形凹槽6，所述的弧形活动板3通过螺杆5、螺母4定位于槽形定位底座1中，螺杆5与两端的螺母4落在槽形定位底座设有的2个T形凹槽上6中；所述的模具外框2为矩形框，其周长与槽形定位底座的小台阶周长相等，模具外框2两侧宽边中设有槽口，参见图3，模具外框罩在弧形活动板3外，模具外框2所设的槽口位置与螺杆、螺母安装的位置对应，模具外框的下边框放置在槽形定位底座的小台阶7上。螺杆5的结构参见图4。

本发明所述的弧形活动板3由N片叠片8紧密叠合构成，参见图5、6所述的叠片8具有相对的厚度，在每片叠片的表面设网状的滚花9，每片叠片中设有两条条形螺杆固定孔10，条形螺杆固定孔10孔径与螺杆5直径一样，通过控制调节每片叠片8在螺杆5中安装的位置构成弧形活动板3可控的、不同起伏度的波状结构面。

本发明所述制样模具的槽形定位底座1、模具外框2为不锈钢制作，所述叠片8也采用金属板，叠片表面设有网状的滚花9，可增大叠片与叠片之间的摩擦力，以防制作模型试样时起伏形状发生变化。将叠片插在螺杆上，按照拟定的起伏形状进行排列，得到所需要的结构面起伏形状之后用螺母将其固定。然后将组合成的弧形结构板安置在槽形定位底座之上，并将模具外框罩在上面，即可进行结构面模型试样的浇筑。

实施例2：使用本发明实施例1的模具制作试验模型的方法，按如下步骤操作：

(a)在使用本发明的模具制作试验模型前，先确定好要做试验用的结构面起伏角度和尺寸，将结构面起伏角度和尺寸的轮廓清晰地画在一个平面上；把两个螺杆5一端都固定好一个螺母4，将叠片8一片一片依次紧密地套在两个螺杆上，叠片8侧放在平面上，叠片顶部朝画有结构面起伏的轮廓，叠片8都在两个螺杆上套好以后，对照画有结构面起伏轮廓依次调整每一叠片8的位置，得到需要的结构面起伏角度和形态后，用螺母将两个螺杆的另一端固定紧，以防止叠片的位移滑落，影响试样的制作；这样就形成弧形活动板3。

(b)将槽形定位底座1固定在水平地面上，如图1所示，将固定好的弧形活动板3安放在槽形定位底座1之上，确保每个叠片都固定不动，然后将模具外框2罩在弧形活动面板3外面，且放在槽形定位底座1之上，保证模具外框的下侧边放置在槽形定位底座1的小台阶7上，模具外框2的两侧宽边上的两个槽口卡住两侧螺母。

(c)对模具外框2的内侧壁及弧形活动板3进行涂脱模剂(油)处理。

(d)将砂、水、硅粉、水泥、减少剂按设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模具内，浇筑的过程中对其充分振捣；浇筑完毕后把模拟岩石的上表面做成是水平的。试样保水养护14天后，把试样连同模具一起进行翻转，并把制得的下盘结构面模型上已用过的隔离膜去掉。

(e)再次重复上述步骤(d)，浇筑试样，试样保水养护14天后，进行脱模处理，即可得到与所制的下盘结构面起伏度和尺寸一样的上盘结构面。

(f)在制得的下盘结构面上进行涂油处理，并铺上隔离膜，然后将上述制得的上盘结构面翻转一百八十度放在下盘波浪状结构面上，调整一下，使得上下盘结构面起伏度完全贴合。就可得到完全吻合的波状起伏结构面模型，继续养护14天后可进行试样的抗剪强度直剪试验。

(g)重复上述步骤(b)～(d)数次，并分别调整弧形结构板上叠片的位置，便可以得到不同角度和尺寸的波状起伏结构面模型。

根据结构面模型可进行不同起伏度和尺寸的直剪试验，在此基础上就可以分析结构面的表面形态对其抗剪强度的影响程度及抗剪强度的尺寸效应。并在此基础上研究软岩结构面及土体接触面的力学特征。

本发明起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具结构简单，通过调节叠片的摆放位置实现对结构面起伏度和尺寸的控制，装置简洁易于操作，使用成本较低，应用前景广阔。

Claims (3)

1.一种起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具，包括槽形定位底座，弧形活动板和模具外框，其特征在于：所述的槽形定位底座为一个矩形槽体，槽体的上边框设有一圈小台阶，槽体的两侧宽边中均设有2个T形凹槽；所述的弧形活动板由N片叠片紧密叠合构成，所述的叠片为具有相对厚度的矩形体，每片叠片的表面设有滚花，每片叠片中设有两条条形螺杆固定孔，通过控制调节每片叠片在螺杆中安装的位置构成弧形活动板可控的不同的波状起伏结构面，所述的弧形活动板通过螺杆、螺母定位于槽形定位底座中，螺杆与两端的螺母落在槽形定位底座的2个T形凹槽上；所述的模具外框为矩形，其周长与槽形定位底座的小台阶周长相等，两侧宽边中设有槽口，模具外框罩在弧形活动板外，模具外框所设的槽口位置与螺杆、螺母安装的位置对应，模具外框的下边框放置在槽形定位底座的小台阶中。

2.根据权利要求1所述的一种起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具，其特征在于：所述的弧形活动板波状起伏结构面的起伏角度调节范围为0°～45°。

3.一种使用权利要求1所述的起伏度可控的波状起伏结构面试样制作模具的方法，其特征在于：按如下步骤操作：

(a)使用所述的模具制作试验模型前，先确定好要做试验用的结构面起伏角度和尺寸，将结构面起伏角度和尺寸的轮廓清晰地画在白纸或画在一个平面上；把模具中的两个螺杆其中一端都固定好螺母，将每一片叠片依次紧密地套在两个螺杆上，叠片侧放在所述的白纸或平面上，叠片顶部朝画有结构面起伏的轮廓，叠片都在两个螺杆上套好后，对照画有结构面起伏的轮廓依次调整每一叠片的位置，得到需要的结构面起伏角度和形态后，用螺母将两个螺杆的另一端固定紧，确保每个叠片都固定不动，这样形成所需要起伏角度和尺寸的弧形活动板；

(b)将槽形定位底座固定在水平面上，将固定好的弧形活动板安放在槽形定位底座上，然后将模具外框罩在弧形活动面板外面，且放在槽形定位底座上，并保证模具外框的下侧边放置在槽形定位底座的小台阶上，模具外框的两侧宽边上的两个槽口卡住两侧螺母；

(c)对模具外框的内侧壁及弧形活动板涂脱模剂处理；

(d)将砂、水、硅粉、水泥、减少剂按设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模具内，浇筑过程中充分振捣；浇筑完毕将模拟岩石的上表面做成水平的；试样保水养护14天后，把试样连同模具一起进行翻转，并把制得的下盘结构面模型上已用过的隔离膜去掉；

(e)再次重复上述步骤(d)，浇筑试样，试样保水养护14天后，进行脱模处理，即可得到与所制的下盘结构面起伏度和尺寸一样的上盘结构面；

(f)在制得的下盘结构面上进行涂油处理，并铺上隔离膜，然后将上述制得的上盘结构面翻转一百八十度放在下盘波状起伏结构面上，调整一下，使得上下盘结构面起伏度完全贴合；就可得到完全吻合的波状起伏结构面模型，继续养护14天后可进行试样的抗剪强度直剪试验；

(g)重复上述步骤(b)～(d)数次，并分别调整弧形结构板上叠片的位置，便得到不同角度和尺寸的波状起伏结构面模型。