CN106568626B - 吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具 - Google Patents

Abstract

一种吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具，包括结构面上盘试样制作模具和下盘试样制作模具，结构面上盘试样制作模具和下盘试样制作模具结构相同且相互独立；结构面上盘试样制作模具包括上盘结构面底板、上盘左后L型侧板和上盘右前L型侧板，上盘结构面底板的上表面为所需要制作的结构面下盘表面形貌，上盘结构面底板的下底面为光滑平面，上盘结构面底板的左右两侧分别与上盘左后L型侧板、上盘右前L型侧板可拆卸式连接，上盘左后L型侧板与上盘右前L型侧板可拆卸式连接并形成上盘型腔；上盘结构面底板的上表面和下盘结构面底板的上表面互相吻合。本发明工序简单、工期短、组装方便、易于振实。

Description

吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及一种岩石结构面的制作模具，尤其是一种吻合岩石结构面上下盘的制作模具，适用于不同类型的吻合结构面上下盘试样的制作。

背景技术

岩石结构面是测试结构面力学特性及其参数的必需条件，要制作吻合结构面就需要相应的制作模具和制作方法。

在制作模具方面，专利号为2009101549602的专利给出了直剪试验结构面模型的制作模具，其中包括上盘模具、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。

在制作方法方面，专利号为2009101547819的专利给出了一种直剪试验结构面模型的制作方法，即先对原岩结构面的选取及处理，然后将下部模具放在原状结构面的选取位置上，将搅拌均匀的混合料倒入下部模具内，待养护后，把下盘结构面试样连同下部模具一起翻转，并把制得的下盘结构面上已用过的隔离膜清除，重新铺上隔离膜，将上部模具对中放在下部模具上，再次把称量好的原材料搅拌均匀的混合料倒入上部模具内，最后进行脱模处理。

上述已有的制作模具和制作方法虽然能实现吻合岩石结构面上下盘的制作，但还存在如下不足：

1)制作工序复杂且顺序不能调整。已有专利中，在结构面制作工序上按照先下盘结构面、然后再上盘结构面的顺序进行制作，工序复杂，且不能调整上下盘的制作顺序。

2)制作周期长、效率低。模型结构面试样上盘制作完成后需要养护一定周期，达到模型材料的强度后方可制作下盘结构面试样，造成制作周期长，效率低。

3)制成的结构面试样的密实度低、孔隙率高。由于已有的制作模具是放置在原岩或者人工结构面上，无法实现原岩或者人工结构面和制作模具的有效连接，造成结构面试验过程中不能采用振动台进行振实，易使制成的结构面试样密实度低、孔隙多等缺陷，虽然可以在现有方案中可采用振动棒方式进行处理，但由于振动棒尺寸限制易造成试样振捣不均匀，特别会影响模具内部边角位置试样的密实度及孔隙率。

发明内容

为了克服吻合结构面上下盘制作的工序复杂、制作周期长、不能振实的难题，本发明提供了一种工序简单、工期短、组装方便、易于振实的吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具，包括结构面上盘试样制作模具和下盘试样制作模具，所述结构面上盘试样制作模具和下盘试样制作模具相互独立；

所述结构面上盘试样制作模具包括上盘结构面底板、上盘左后L型侧板和上盘右前L型侧板，所述上盘结构面底板的上表面为所需要制作的结构面下盘表面形貌，所述上盘结构面底板的下底面为光滑平面，所述上盘结构面底板的左右两侧分别与上盘左后L型侧板、上盘右前L型侧板可拆卸式连接，所述上盘左后L型侧板与上盘右前L型侧板可拆卸式连接并形成供浇注材料浇注的上盘型腔；

所述结构面下盘试样制作模具包括下盘结构面底板、下盘左后L型侧板和下盘右前L型侧板，所述下盘结构面底板的上表面为所需要制作的结构面上盘表面形貌，所述下盘结构面底板的下底面为光滑平面，所述下盘结构面底板的左右两侧分别与下盘左后L型侧板、下盘右前L型侧板可拆卸式连接，所述下盘左后L型侧板与下盘右前L型侧板可拆卸式连接并形成供浇注材料浇注的下盘型腔；

所述上盘结构面底板的上表面和下盘结构面底板的上表面互相吻合。

进一步，所述可拆卸式连接结构包括固定螺栓杆、固定螺帽、螺栓杆旋转轴和U型嵌块，两个U型嵌块之间设有所述螺栓杆旋转轴，所述固定螺帽与固定螺栓杆连接，所述固定螺栓杆固定在所述螺栓杆旋转轴上。当然，也可以采用其他的可拆卸式连接方式。

更进一步，所述上盘左后L型侧板和下盘左后L型侧板均由左侧面板和后侧面板焊接形成，左侧面板的前端和后侧面板右端竖向中部位置均焊有U型嵌块，且左侧面板的U型嵌块上含有螺栓杆旋转轴、螺栓杆以及螺帽，用于固定左后L型侧板与右前L型侧板；所述左后L型侧板的左侧面板底部中间位置焊有U型嵌块，且与侧板底面齐平，用于与结构面底板上的螺栓杆连接；

所述上盘右前L型侧板和下盘右前L型侧板均由右侧面板和前侧面板焊接形成，右侧面板后端和前侧面板左端竖向中部位置均焊有U型嵌块，且右侧面板的U型嵌块上含有螺栓杆旋转轴、螺栓杆以及螺帽，用于固定左后L型侧板与右前L型侧板；所述右前L型侧板的右侧面板底部中间位置焊有U型嵌块，且与侧板底面齐平，用于与结构面底板上的螺栓杆连接。当然，也可以采用其他的结构形式。

本发明的有益效果主要表现在：1)制作工序简单，且顺序可调整。上盘结构面和下盘结构面可以分别制作，即可以同时制作，也可先后制作，克服了原有必须按照先下盘后上盘的制作次序的不足。

2)制作周期短、效率高。由于结构面上盘试样和结构面下盘试样可以同时制作，因此使制作周期缩短一半，提高了制作效率。

3)能利用专用的振动台进行振实，制成的结构面试样的性能优，提高了密实性，降低了孔隙率。

附图说明

图1是上盘试样制作模具俯视图。

图2是上盘试样制作模具正视图。

图3是上盘试样制作模具左视图。

图4是下盘试样制作模具俯视图。

图5是下盘试样制作模具正视图。

图6是下盘试样制作模具左视图

图7是上盘结构面底板俯视图。

图8是上盘结构面底板正视图。

图9是上盘结构面底板左视图。

图10是下盘结构面底板俯视图。

图11是下盘结构面底板正视图。

图12是下盘结构面底板左视图。

图13是上盘制作模具左后L型侧板俯视图。

图14是上盘制作模具左后L型侧板正视图。

图15是上盘制作模具左后L型侧板左视图。

图16是上盘制作模具左后L型侧板(无嵌块)三维图。

图17是上盘锯齿型结构面底板与下盘锯齿型结构面底板相互吻

合剖面图。

图18是锯齿型结构面上盘试样A、下盘试样B相互吻合剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述

参照图1～图18，一种吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具，包括结构面上盘试样制作模具和下盘试样制作模具，所述结构面上盘试样制作模具和下盘试样制作模具相互独立；

所述结构面上盘试样制作模具包括上盘结构面底板101、上盘左后L型侧板102和上盘右前L型侧板103，所述上盘结构面底板101的上表面为所需要制作的结构面下盘表面形貌，所述上盘结构面底板101的下底面为光滑平面，所述上盘结构面底板的左右两侧分别与上盘左后L型侧板102、上盘右前L型侧板103可拆卸式连接，所述上盘左后L型侧板102与上盘右前L型侧板103可拆卸式连接并形成供浇注材料浇注的上盘型腔；

所述结构面下盘试样制作模具包括下盘结构面底板201、下盘左后L型侧板202和下盘右前L型侧板203，所述下盘结构面底板201的上表面为所需要制作的结构面上盘表面形貌，所述下盘结构面底板201的下底面为光滑平面，所述下盘结构面底板201的左右两侧分别与下盘左后L型侧板202、下盘右前L型侧板203可拆卸式连接，所述下盘左后L型侧板202与下盘右前L型侧板203可拆卸式连接并形成供浇注材料浇注的下盘型腔；

所述上盘结构面底板101的上表面和下盘结构面底板201的上表面互相吻合。

进一步，所述可拆卸式连接结构包括固定螺栓杆、固定螺帽、螺栓杆旋转轴和U型嵌块，两个U型嵌块之间设有所述螺栓杆旋转轴，所述固定螺帽与固定螺栓杆连接，所述固定螺栓杆固定在所述螺栓杆旋转轴上。当然，也可以采用其他的可拆卸式连接方式。

更进一步，所述上盘左后L型侧板102和下盘左后L型侧板202均由左侧面板和后侧面板焊接形成，左侧面板的前端和后侧面板右端竖向中部位置均焊有U型嵌块，且左侧面板的U型嵌块上含有螺栓杆旋转轴、螺栓杆以及螺帽，用于固定左后L型侧板与右前L型侧板；所述左后L型侧板的左侧面板底部中间位置焊有U型嵌块，且与侧板底面齐平，用于与结构面底板上的螺栓杆连接；

所述上盘右前L型侧板103和下盘右前L型侧板203均由右侧面板和前侧面板焊接形成，右侧面板后端和前侧面板左端竖向中部位置均焊有U型嵌块，且右侧面板的U型嵌块上含有螺栓杆旋转轴、螺栓杆以及螺帽，用于固定左后L型侧板与右前L型侧板；所述右前L型侧板的右侧面板底部中间位置焊有U型嵌块，且与侧板底面齐平，用于与结构面底板上的螺栓杆连接。当然，也可以采用其他的结构形式。

本实施例中，A为结构面上盘试样，B为结构面下盘试样，吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具包括上盘结构面底板101、上盘左后L型侧板102、上盘右前L型侧板103、上盘U型嵌块104、上盘螺栓杆旋转轴105、上盘侧板与侧板固定螺栓杆106、上盘侧板与侧板固定螺帽107、上盘侧板与底板固定螺栓杆108、上盘侧板与底板固定螺帽109、下盘结构面底板201、下盘左后L型侧板202、下盘右前L型侧板203、下盘U型嵌块204、下盘螺栓杆旋转轴205、下盘侧板与侧板固定螺栓杆206、下盘侧板与侧板固定螺帽207、下盘侧板与底板固定螺栓杆208和下盘侧板与底板固定螺帽209。所述上盘结构面底板101和下盘结构面201左右两侧各有一个U型嵌块、螺栓杆旋转轴、侧板与底板固定螺栓杆以及侧板与底板固定螺帽，用于固定左后L型侧板、右前L型侧板与结构面底板；所述上盘结构面底板101的上表面为所需要制作的结构面下盘表面形貌，下底面为光滑平面，所述下盘结构面底板201的上表面为所需要制作的结构面上盘表面形貌，下底面为光滑平面，所述上盘结构面底板101的上表面和下盘结构面底板201的上表面能够互相吻合，所述左后L型侧板是由左侧面板与后侧面板焊接而成，所述左后L型侧板左侧面板的前端和后侧面板右端竖向中部位置均焊有U型嵌块，且左侧面板的嵌块上含有螺栓杆旋转轴、侧板与侧板固定螺栓杆以及侧板与侧板固定螺帽，用于固定左后L型侧板与右前L型侧板，所述左后L型侧板左侧面板底部中间位置焊有U型嵌块，用于连接侧板与底板固定螺栓杆，所述右前L型侧板3由右侧面板与前侧面板焊接而成，所述右前L型侧板右侧面板后端和前侧面板左端竖向中部位置均焊有U型嵌块，且左侧面板的嵌块上含有螺栓杆旋转轴、侧板与侧板固定螺栓杆以及侧板与侧板固定螺帽，用于固定左后L型侧板与右前L型侧板，所述右前L型侧板右侧面板底部中间位置焊有U型嵌块，用于连接侧板与底板固定螺栓杆，所述侧板与侧板固定螺栓杆、螺帽各有两个，用于固定左后L型侧板与右前L型侧板，所述侧板与底板固定螺栓杆、螺帽各有两个，用于固定侧板与底板，所述螺栓杆旋转轴，用于固定螺栓杆，所述U型嵌块通过焊接的方式与侧板或者底板连接。

吻合结构面上下盘快速成型的制作方法包括如下步骤：

1)选择上盘结构面底板101和下盘结构面底板201。根据所需要制作的结构面表面形貌，选择相应的上盘结构面底板101和下盘结构面底板201，要求上盘结构面底板101的上表面和下盘结构面底板201的上表面能够互相吻合。

2)上、下盘结构面制作模具中的左后L型侧板102、202与右前L型侧板103、203的组装(两副)。将左后L型侧板102、202的左侧面板竖向外边与右前L型侧板103、203的前侧面板竖向外边对接，左后L型侧板102、202的后侧面板竖向外边与右前L型侧板103、203的右侧面板竖向外边对接，同时保证两侧板的底边相互齐平，完成对接后旋转侧板与侧板固定螺栓杆，拧紧侧板与侧板固定螺帽，完成左后L型侧板2与右前L型侧板的组装。

3)上、下盘结构面制作模具中的侧板分别与上盘结构面底板101和下盘结构面底板201的组装。将上、下盘结构面底板上含有U型嵌块的两条边与左后L型侧板102、202的左侧面和右前L型侧板103、203的右侧面对接，并保证侧板外壁与上、下盘结构面底板四周外边缘齐平，对接完成后旋转侧板与底板固定螺栓杆，拧紧侧板与底板固定螺帽，完成上盘结构面制作模具和下盘结构面制作模具的组装。

4)涂脱模剂。安装结束后需要在组装好的上、下盘结构面制作模具内表面涂脱模剂，便于脱模；

5)浇注材料。向上、下盘结构面制作模具中浇注相应的岩石模拟材料，要求浇注的模拟材料高度略高于模具高度。

6)振实。将浇注好岩石模拟材料的上、下盘模具放到专用振动台上，进行振动密实，振动结束后需进行表面抹平处理。

7)拆模。将振动密实后的带有模具的上、下盘结构面试样养护达到脱模强度后，拆除结构面制作模具。拆模时，先将底板上的螺帽全部拧开，将底板与侧板分开，再拧开侧板与侧板固定螺栓，将左后L型侧板102、202与右前L型侧板103、203分开，分别将结构面上盘试样A和结构面下盘试样B从上、下盘模具中取出，完成制作模具的拆除。

8)养护。将拆除模具后的结构面上盘试样A与结构面下盘试样B放入专用养护室内进行常规养护。

9)结构面上盘试样、下盘试样组装。养护完成后，将结构面上盘试样A和下盘试样B从养护室内取出，按下盘在下、上盘在上进行结构面上盘试样、下盘试样组装，形成吻合结构面试样。

10)更换步骤1)中的上盘结构面底板和下盘结构面底板可实现不同类型的吻合结构面试样的制作。

本实施例中制作吻合结构面试样尺寸的长度、宽度、高度均为100mm，选用锯齿型结构面，锯齿个数可根据试验要求进行设计或选择.

本例选用锯齿形结构面，锯齿位于底板上表面位置，单个锯齿的起伏角为15o，坡高2.5mm。

上盘结构面的底板长120mm，宽120mm，高10mm，上盘结构面底板的上表面为锯齿型结构面，锯齿型结构面前后边距离底板外围各为10mm，左右边距离底板外围各为10mm。上盘结构面底板两侧焊有U型嵌块，嵌块宽30mm、厚10mm、外部边长30mm、内部U型口处的边长20mm，螺栓杆转轴为直径6mm、长20mm的圆柱体，螺栓杆为直径8mm、长25mm的圆柱体，且在连接螺帽的端部位置有长10mm的螺纹，螺帽直径为8mm。

下盘结构面底板长120mm，宽120mm，高10mm，下盘结构面底板上表面中部位置也为锯齿型结构面，且与上盘结构面底板上表面的锯齿相互吻合，锯齿型结构面前后边距离底板外围各为10mm，左右边距离底板外围各为10mm。下盘结构面底板两侧焊有U型嵌块，嵌块宽30mm、厚10mm、外部边长30mm、内部U型口处的边长20mm，螺栓杆转轴为直径6mm、长20mm的圆柱体，螺栓杆为直径8mm、长25mm的圆柱体，且在连接螺帽的端部位置有长10mm的螺纹，螺帽直径为8mm。

左后L型侧板与右前L型侧板形状相同，以左后L型侧板为例，左侧面板外边长120mm，厚10mm，高50mm，后侧面板外边长110mm，厚10mm，高50mm，左侧面板前端竖向中部位置焊有U型嵌块，嵌块宽30mm、厚10mm、外部边长30mm、内部U型口处的边长20mm，嵌块上带有直径6mm、长20mm的螺栓杆转轴，转轴上带有直径8mm、长25mm的螺栓杆，螺栓杆另一侧带有直径为8mm的螺帽，后侧面板右端竖向中部位置也焊有U型嵌块，嵌块宽30mm、厚10mm、外边边长30mm、内边边长20mm。

本实施例中左后L型侧板与右前L型侧板共计两副，型号相同；嵌块共计8个，型号相同；螺帽共计4个，型号相同；螺栓杆共计4个，型号相同；螺栓杆转轴4个，型号相同。

岩石结构面直剪仪用于测定岩石结构面在不同的法向应力下以进行剪切试验，获得岩石结构面破坏时的剪应力、剪切变形等参数，本发明可以快速地制作出符合要求的吻合结构面上下盘试样，方便、快速、实用。

本发明的实施方案是：

1)选择上盘结构面底板101和下盘结构面底板201。根据试验要求选用锯齿型结构面，单个锯齿的起伏角为15o，坡高2.5mm，且上盘结构面底板101的锯齿结构面和下盘结构面底板102的锯齿结构面能够互相吻合。

2)上、下盘结构面制作模具中的左后L型侧板102、202与右前L型侧板103、203的组装(两副)。左后L型侧板102、202的左侧面板竖向外边与右前L型侧板103、203的前侧面板竖向外边对接，左后L型侧板102、202的后侧面板竖向外边与右前L型侧板103、203的右侧面板竖向外边对接，同时保证两侧板的底边相互齐平，完成对接后旋转侧板与侧板固定螺栓杆6，拧紧侧板与侧板固定螺帽7，完成左后L型侧板2与右前L型侧板3的组装。

3)上、下盘结构面制作模具中的侧板分别与上盘锯齿型结构面底板和下盘锯齿型结构面底板的组装。将上、下盘锯齿型结构面底板上含有U型嵌块的两条边与左后L型侧板102、202的左侧面和右前L型侧板103、203的右侧面对接，并保证侧板外壁与上、下盘锯齿型结构面底板四周外边缘齐平，对接完成后旋转侧板与底板固定螺栓杆，拧紧侧板与底板固定螺帽，完成上盘锯齿型结构面制作模具和下盘锯齿型结构面制作模具的组装

4)涂脱模剂。安装结束后需要在组装好的上、下盘锯齿型结构面制作模具内表面涂一层脱模剂，便于脱模；

5)浇注材料。向上、下盘锯齿型结构面制作模具中浇注相应的岩石模拟材料，要求浇注的模拟材料高度略高于模具高度。

6)振实。将浇注好岩石模拟材料的上、下盘模具放到专用振动台上，进行振动密实，振动结束后需进行表面抹平处理。

7)拆模。将振动密实后的带有模具的上、下盘锯齿型结构面试样养护达到脱模强度后，拆除结构面制作模具。拆模时，先将底板上的螺帽全部拧开，将底板与侧板分开，再拧开侧板与侧板固定螺栓，将左后L型侧板102、202与右前L型侧板103、203分开，分别将锯齿型结构面上盘试样A和锯齿型结构面下盘试样B从上、下盘锯齿型结构面制作模具中取出，完成制作模具的拆除。

8)养护。将拆除模具后的锯齿型结构面上盘试样A与锯齿型结构面下盘试样B放入专用养护室内进行常规养护。

9)锯齿型结构面上盘试样、下盘试样组装。养护完成后，将锯齿型结构面上盘试样A和下盘试样B从养护室内取出，按下盘在下、上盘在上进行锯齿型结构面上盘试样A和下盘试样B的组装，最终形成长度、宽度、高度均为100mm的吻合锯齿型结构面试样。

Claims (3)

1.一种吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具，其特征在于：所述制作模具包括结构面上盘试样制作模具和下盘试样制作模具，所述结构面上盘试样制作模具和下盘试样制作模具相互独立；

所述结构面上盘试样制作模具包括上盘结构面底板、上盘左后L型侧板和上盘右前L型侧板，所述上盘结构面底板的上表面为所需要制作的结构面下盘表面形貌，所述上盘结构面底板的下底面为光滑平面，所述上盘结构面底板的左右两侧分别与上盘左后L型侧板、上盘右前L型侧板可拆卸式连接，所述上盘左后L型侧板与上盘右前L型侧板可拆卸式连接并形成供浇注材料浇注的上盘型腔；

所述结构面下盘试样制作模具包括下盘结构面底板、下盘左后L型侧板和下盘右前L型侧板，所述下盘结构面底板的上表面为所需要制作的结构面上盘表面形貌，所述下盘结构面底板的下底面为光滑平面，所述下盘结构面底板的左右两侧分别与下盘左后L型侧板、下盘右前L型侧板可拆卸式连接，所述下盘左后L型侧板与下盘右前L型侧板可拆卸式连接并形成供浇注材料浇注的下盘型腔；

所述上盘结构面底板的上表面和下盘结构面底板的上表面互相吻合。

2.如权利要求1所述的吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具，其特征在于：所述可拆卸式连接结构包括固定螺栓杆、固定螺帽、螺栓杆旋转轴和U型嵌块，两个U型嵌块之间设有所述螺栓杆旋转轴，所述固定螺帽与固定螺栓杆连接，所述固定螺栓杆固定在所述螺栓杆旋转轴上。

3.如权利要求2所述的吻合岩石结构面上下盘快速成型制作模具，其特征在于：所述上盘左后L型侧板和下盘左后L型侧板均由左侧面板和后侧面板焊接形成，左侧面板的前端和后侧面板右端竖向中部位置均焊有U型嵌块，且左侧面板的U型嵌块上含有螺栓杆旋转轴、螺栓杆以及螺帽，用于固定左后L型侧板与右前L型侧板；所述左后L型侧板的左侧面板底部中间位置焊有U型嵌块，且与侧板底面齐平，用于与结构面底板上的螺栓杆连接；

所述上盘右前L型侧板和下盘右前L型侧板均由右侧面板和前侧面板焊接形成，右侧面板后端和前侧面板左端竖向中部位置均焊有U型嵌块，且右侧面板的U型嵌块上含有螺栓杆旋转轴、螺栓杆以及螺帽，用于固定左后L型侧板与右前L型侧板；所述右前L型侧板的右侧面板底部中间位置焊有U型嵌块，且与侧板底面齐平，用于与结构面底板上的螺栓杆连接。