CN105910880B - 一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，包括从下到上依次叠置的岩桥底盘、岩桥架、裂隙盘和上盖盘，所述岩桥底盘上设有供岩桥架套设的圆形凹槽，所述岩桥架可在圆形凹槽内旋转，岩桥架的两端对称设有可在岩桥架内旋转的所述裂隙盘，所述裂隙盘在垂直方向设有可将预裂隙片夹紧的夹具，裂隙盘的表面带有一圈用于调节夹具与岩桥架之间角度的间隙刻度，所述上盖盘与岩桥底盘活动连接将岩桥架紧压在圆形凹槽内，圆形凹槽的四周或上盖盘上设有一圈用于调节岩桥架与岩桥底盘之间角度的岩桥刻度。本发明结构简单，操作方便，能够准确调整裂隙盘和岩桥的角度，制定出所需要的带有精准裂隙定位的类岩石试件。

Description

一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具

技术领域

本发明涉及一种易行的在类岩石材料试件中精确调节预制裂隙及岩桥倾角，同时控制岩桥和裂隙的尺寸变量的模具，属于岩石力学测试用样品的制备技术领域。

背景技术

随着我国西南水电工程的建设，广泛分布其间的节理岩体这一具有明显流变特性而严重影响着大坝长期稳定性的问题凸显了出来。高坝蓄水后，巨大的上下游水头差会引起应力场、渗流场变化，在它们作用下节理岩体会产生流变损伤、变形，甚至失稳破坏，因此亟需在实验室内模拟开展对内部含非贯通裂隙岩石的长期力学参数的研究。

然而，天然岩石结构复杂，在天然试件中预制高精度的裂隙尺寸、方位，又不对原试件造成损伤颇难实现。因此，国内各实验室广泛采用的是水泥砂浆、石膏等类岩石材料试件，通过在类岩石材料试件中预制相应的裂隙来进行研究。但在对类岩石材料振捣过程中，预制裂隙常常会错位，加上预制裂隙和岩桥的角度、尺寸等参数往往复杂却需要精密的控制，预裂隙类岩石试件制作颇为不易。

现有的模具或因预制裂隙定位不准确，或者结构复杂操作不易，或者成本太高又不能同时完成大批试件的制作。如申请号为CN201110401994.4的中国发明专利公开了一种含随机多裂纹体的类岩石材料试件的制备方法，该方法中金属片较容易松动导致制作的裂缝精确度不够。申请号为CN201310073165.7的专利公开了一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试件模具，该模具给出的裂隙角度变量精度较小，同时使用该模具只能在试件具有一定强度后方能拆模开始下一试件的制作。申请号为CN201410139078.1的专利公开了一种用于断续双裂隙岩石三轴压缩试验的类岩石试件模具，该模具裂隙角度变量精度不高，同时加工较为困难。

因此亟需建立一种易行的在类岩石材料试件中精确调节预制裂隙及岩桥倾角，同时控制岩桥和裂隙的尺寸变量的模具。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，解决了现有技术中裂隙定位不准确、结构复杂操作不易的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，包括从下到上依次叠置的岩桥底盘、岩桥架、裂隙盘和上盖盘，所述岩桥底盘上设有供岩桥架套设的圆形凹槽，所述岩桥架可在圆形凹槽内旋转，岩桥架的两端对称设有可在岩桥架内旋转的所述裂隙盘，所述裂隙盘在垂直方向设有可将预裂隙片夹紧的夹具，裂隙盘的表面带有一圈用于调节夹具与岩桥架之间角度的间隙刻度，所述上盖盘与岩桥底盘活动连接将岩桥架紧压在圆形凹槽内，圆形凹槽的四周或上盖盘上设有一圈用于调节岩桥架与岩桥底盘之间角度的岩桥刻度。

进一步的，所述岩桥架为两个，分别为上岩桥架和下岩桥架，圆形凹槽的四周设有一圈用于调节下岩桥架角度的岩桥刻度，上盖盘上带有一圈用于调节上岩桥架角度的岩桥刻度。

进一步的，所述岩桥底盘框架为“工”字形，岩桥底盘包含横架在中间的横杆，所述横杆中间设有圆柱形突起，圆柱形突起与横杆之间形成所述的圆形凹槽，横杆上圆柱形突起的相对面对称地设有供上盖盘嵌入的凹槽。

进一步的，所述岩桥刻度和裂隙刻度的精度均为5度。

进一步的，所述岩桥底盘底部四角处设有三角柱，四个三角柱用于将岩桥底盘固定在试件浇铸模具上。

进一步的，所述夹具为具有弹性的塑料制成。

进一步的，所述裂隙盘与岩桥架通过第一带帽螺栓活动连接，上盖盘与岩桥底盘通过第二带帽螺栓活动连接，第一带帽螺栓从下贯穿裂隙盘及岩桥架和与第一带帽螺栓螺纹匹配的第一旋固帽连接，第二带帽螺栓从下贯穿圆柱形突起及上盖盘和与第而带帽螺栓螺纹匹配的第二旋固帽连接。

进一步的，所述岩桥架的两端分别标刻有指向裂隙刻度和岩桥刻度的标记。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1）本发明模具通过选取合适的岩桥架和预裂隙片的长度，调整裂隙盘和岩桥的角度，可以同时调节岩桥长度L1、裂隙长度L2、裂隙倾角α及岩桥倾角β变量，制定出所需要的带有精准裂隙定位的类岩石试件；

2）本发明包括两个岩桥架，可以同时制备出四个裂隙，提高工作效率；

3）模具制作对试件进行裂隙预制效率高，在角度调整完成后，即可松开岩桥架上的两个旋固帽，使岩桥架与裂隙盘分离，将裂隙盘和预裂隙片留于试件上，再置入新的裂隙盘调好角度，旋固后夹持好预裂隙片，无需等待即可开始下一个试件的预裂隙制作；

4）本发明在岩桥底盘四角处设置了三角柱，以保证本模具与试件浇铸模具的连接稳定，避免因操作导致错位引起误差；

5）本发明制备裂隙的模具结构简单，操作简易，制作成本低，适于推广。

附图说明

图1是本发明制备裂隙的模具的结构示意图；

图2是本发明的裂隙盘的结构示意图；

图3是本发明使用过程中裂隙盘与岩桥架的结构示意图；

图4是本发明使用过程中调整裂隙角度的结构示意图；

图5是本发明使用过程中岩桥架安装在岩桥底盘的结构示意图；

图6是本发明使用过程中与试件浇铸模具的结构示意图；

图7是裂隙制备完成后裂隙盘在类岩石试件中的结构示意图；

图8是本发明在类岩石试件上制得裂隙的结构示意图；

图9是本发明在类岩石试件上制得裂隙的主视图。

图中： 1、岩桥底盘；2、岩桥架；3、裂隙盘；4、夹具；5、上盖盘；6、第一带帽螺栓；7、第一旋固帽；8、第二带帽螺栓；9、第二旋固帽；10、三角柱；11、试件浇铸模具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明的一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，包括从下到上依次叠置的岩桥底盘1、岩桥架2、裂隙盘3和上盖盘5，所述岩桥底盘1上设有供岩桥架2套设的圆形凹槽，所述岩桥架2可在圆形凹槽内旋转，岩桥架2的两端对称设有可在岩桥架2内旋转的所述裂隙盘3，所述裂隙盘3在垂直方向设有可将预裂隙片夹紧的夹具4，裂隙盘3的表面带有一圈用于调节夹具4与岩桥架2之间角度的间隙刻度，所述上盖盘5与岩桥底盘1活动连接将岩桥架2紧压在圆形凹槽内，圆形凹槽的四周或上盖盘5上设有一圈用于调节岩桥架2与岩桥底盘1之间角度的岩桥刻度。

本发明一实施例中，如图1爆炸图所示，所述岩桥架2为两个，分别为上岩桥架和下岩桥架，圆形凹槽的四周设有一圈用于调节下岩桥架角度的岩桥刻度，上盖盘5上带有一圈用于调节上岩桥架角度的岩桥刻度。所述的岩桥架可根据实际岩桥长度需要求加工出不同长度，即可根据需要调整岩桥架的长度。每个岩桥架2的两端设有两个裂隙盘3，如图2所示，裂隙盘3与岩桥架2通过第一带帽螺栓6活动连接，岩桥架的两端分别标刻有指向裂隙刻度的标记，通过旋转裂隙盘3可以调整裂隙盘3上用于夹紧预裂隙片的夹具4与岩桥架2之间的角度，裂隙角度旋转固定后，第一带帽螺栓6从下贯穿裂隙盘3和岩桥架2与第一旋固帽7连接，将裂隙盘3固定在岩桥架2上，避免滑移，进而准确制备出所需要一定角度的裂隙，提高裂隙的定位精确度。预裂隙片可以为云母片或铁片等，所述的预裂隙片可根据实际裂隙长度需要求选取不同长度，即可根据需要调整预裂隙片的长度。为了对预裂隙片有更好的夹持效果，夹具4材料应使用含一定弹性的塑料，如聚氨酯材料。在类岩石试件中制备裂隙时，两个岩桥架一次可以制备出四条裂隙，提高工作效率。

进一步的，如图1所示，所述岩桥底盘1框架为“工”字形，岩桥底盘1包含横架在中间的横杆，所述横杆中间设有圆柱形突起，圆柱形突起与横杆之间形成所述的圆形凹槽，横杆上圆柱形突起的相对面对称地设有供上盖盘5嵌入的凹槽。圆柱形突起为下面半径大上面半径小的圆柱体，半径小的圆柱体高度恰好可以套设有两个岩桥架2，上层的上盖盘5嵌入到横杆的凹槽中，每个岩桥架2的两端还分别标刻有指向岩桥刻度的标记，下岩桥架上标记指向圆形凹槽上的岩桥刻度，上岩桥架上的标记指向上盖盘上的岩桥刻度，岩桥角度旋转固定后，通过第二带帽螺栓8从下贯穿圆柱形突起和上盖盘5与第二旋固帽9连接，将上盖盘5与岩桥底盘1紧固连接，并利用上盖盘5向下的压力将岩桥架2紧固在圆形凹槽内，以免出现滑移导致的误差，提高裂隙的定位精确度。

进一步的，所述岩桥刻度和裂隙刻度的精度均为5度。可调整岩桥角度和裂隙角度的精度高。

进一步的，所述岩桥底盘1底部四角处设有三角柱10，四个三角柱10用于将岩桥底盘1固定在试件浇铸模具11上，以保证本模具与试件浇铸模具11的连接稳定，避免因操作导致错位引起误差。

本申请以一具体实施例来详细阐述本发明制备裂隙模具的具体使用过程，以150x150x150mm的标准立方体水泥砂浆类岩石材料试件为例，在其中预制角度为30°和60°、长均为100mm的两条岩桥；角度为30°、长为10mm、宽度为2mm的两条裂隙；角度为60°、长为10mm、宽度为2mm的两条裂隙。具体操作过程如下：

步骤一，将裂隙盘3安装在岩桥架2的两端：岩桥架2选取100mm，将第一带帽螺栓6置入裂隙盘3；将裂隙盘3插入100mm的岩桥架2，如图3所示，在裂隙盘3的下端将第一旋固帽7沿第一带帽螺栓6旋紧至岩桥架2上，注意不要旋死，然后将裂隙盘3上的裂隙刻度线与岩桥架2上指向裂隙刻度的三角指针尖点对齐，旋调裂隙盘3至所需角度，本例由于岩桥角与裂隙角一致，指针应指向0刻度，如图4所示；然后，旋死第一旋固帽7，即完成在岩桥架2的两端安装好裂隙盘3，按照以上所述步骤安装好下岩桥架和上岩桥架。

步骤二，将岩桥架2安装在岩桥底盘1上：将步骤一中安装好的下岩桥架翻转180°，将其放置到岩桥底盘1的圆形凹槽内，将下岩桥架上指向岩桥刻度的三角指针尖点与岩桥底盘1上岩桥刻度线对齐，粗调下岩桥架与岩桥底盘1至所需角度；然后在将上岩桥套设在下岩桥的上方，如图5所示，上盖盘5嵌入岩桥底盘1的凹槽中，将上岩桥架上指向岩桥刻度的三角指针尖点与上盖盘5上岩桥刻度线对齐，粗调上岩桥架与上盖盘5至所需角度；然后将第二带帽螺栓8从岩桥底盘1中心穿入至上盖盘5穿出，然后旋紧第二旋固帽9，同样也不能旋死，根据岩桥底盘1和上盖盘5上的岩桥刻度分别细调上岩桥和下岩桥架的角度后，将第二旋固帽9旋死，完成整个模具的安装。

步骤三，在模具置入类岩石试件制备裂隙：将预先加工好四个的长为10mm，厚2mm的云母片分别用各裂隙盘3的夹具4夹紧，试件浇铸模具11中浇铸好类岩石试件，将该模具置入立方体的试件浇铸模具11，以保证本模具与试件浇铸模具11的连接稳定，将该模具岩桥底盘1的四个小三角柱10在试件浇铸模具11的四个内角卡好，如图6所示；在置入过程中可能在类岩石试件内部产生孔隙，用水泥刮刀轻轻拍打试件浇铸模具11四壁，将孔隙内空气排出即可，完成裂隙预制。

步骤四，分离裂隙盘3与模具：分别轻轻拧开固定裂隙盘3的四个第一旋固帽7，将模具向上提走，分离出嵌入类岩石试件中的裂隙盘3，如图7所示。在模具上放入新的裂隙盘，调成下一试件所需的裂隙角度后固定，插入云母片，即可以开始下一试件的制作。

步骤五，制备出具有精准裂隙的类岩石试件：所有制作完成后，等待24h（小时），将云母片从类岩石试件中拔出，养护28d（天）后，将类岩石试件从试件浇铸模具11中拆模脱出，即得到所需预制裂隙的类岩石试件，如图8。

本发明模具结构简单，操作容易，并且裂隙定位准确，如图9所示平面图，使用该模具可精确控制的预制裂隙类岩石试件的几个变量：岩桥长度L1、裂隙长度L2、裂隙倾角α及岩桥倾角β。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，包括岩桥底盘、岩桥架、裂隙盘和上盖盘，所述岩桥底盘上设有供岩桥架套设的圆形凹槽，所述岩桥架可在圆形凹槽内旋转，岩桥架的两端对称设有可在岩桥架内旋转的所述裂隙盘，所述裂隙盘在垂直方向设有可将预裂隙片夹紧的夹具，裂隙盘的表面带有一圈用于调节夹具与岩桥架之间角度的裂隙刻度，所述上盖盘与岩桥底盘活动连接将岩桥架紧压在圆形凹槽内，圆形凹槽的四周或上盖盘上设有一圈用于调节岩桥架与岩桥底盘之间角度的岩桥刻度。

2.根据权利要求1所述的一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，所述岩桥架为两个，分别为上岩桥架和下岩桥架，圆形凹槽的四周设有一圈用于调节下岩桥架角度的岩桥刻度，上盖盘上带有一圈用于调节上岩桥架角度的岩桥刻度。

3.根据权利要求1所述的一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，所述岩桥底盘框架为“工”字形，岩桥底盘包含横架在中间的横杆，所述横杆中间设有圆柱形突起，圆柱形突起与横杆之间形成所述的圆形凹槽，横杆上圆柱形突起的相对面对称地设有供上盖盘嵌入的凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，所述岩桥刻度和裂隙刻度的精度均为5度。

5.根据权利要求1所述的一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，所述岩桥底盘底部四角处设有三角柱，四个三角柱用于将岩桥底盘固定在试件浇铸模具上。

6.根据权利要求1所述的一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，所述夹具为具有弹性的塑料制成。

7.根据权利要求1所述的一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，所述裂隙盘与岩桥架通过第一带帽螺栓活动连接，上盖盘与岩桥底盘通过第二带帽螺栓活动连接，第一带帽螺栓从下贯穿裂隙盘及岩桥架和与第一带帽螺栓螺纹匹配的第一旋固帽连接，第二带帽螺栓从下贯穿圆柱形突起及上盖盘和与第二带帽螺栓螺纹匹配的第二旋固帽连接。

8.根据权利要求1所述的一种在类岩石试件中精确制备裂隙的模具，其特征是，所述岩桥架的两端分别标刻有指向裂隙刻度和岩桥刻度的标记。