CN109342166B - 用于岩体结构面剪切试验的制样模具 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩体力学室内实验领域，特别涉及一种用于岩体结构面剪切试验的制样模具。为了加工不同尺寸、不同形状的岩体结构面剪切试验样品以满足岩体结构面剪切特性的研究需求，本发明提出的制样模具包括前竖板、后竖板、左侧板、右侧板和底板围成的半开放空间的模具本体，其中，所述左侧板和所述右侧板均呈L型，所述左侧板包括左侧竖板和左侧底板，所述右侧板包括右侧后竖板和右侧竖板；所述制样模具还包括支架，所述支架设置在所述底板的下侧，用于支撑所述底板。本发明提供的用于岩体结构面剪切试验的制样模具的结构设计能够满足不同尺寸、不同形状的岩体结构面剪切试验样品的制造。

Description

用于岩体结构面剪切试验的制样模具

技术领域

本发明属于岩体力学室内实验领域，特别涉及一种用于岩体结构面剪切试验的制样模具。

背景技术

岩体结构面形成于岩体地质历史发展过程中，具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小，控制着岩体的变形和力学行为。由此可见，准确把握结构面的力学性质是评价岩体工程稳定性的核心。岩体结构面的力学性质主要表现在法向变形、剪切变形和抗剪强度三方面。在低应力区，工程岩体失稳主要表现在岩体沿结构面发生剪切变形破坏，因此常用结构面抗剪强度作为工程岩体稳定性评价的重要指标。

岩体力学室内试验研究是进行岩体本构模型构建和工程设计数值模拟的基础。室内直剪试验在加载路径控制、法向参数和剪切参数获取方面具有极大优势，是刻画结构面剪切行为的优选试验方法。由于结构面的剪切试验是破坏性试验且不可重复试验，加之天然岩体结构面试样的取样、运输、制样成本均较高，因此，现有研究中广泛采用水泥砂浆、高强石膏、混凝土等类岩石材料制作人工岩体结构面试样，通过对人工岩体结构面试样进行平行试验以达到研究天然岩体结构面剪切特性的目的。

基于此，本发明提出了一种新的制样模具来加工不同尺寸、不同形状的岩体结构面剪切试验样品以满足岩体结构面剪切特性的研究需求。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了加工不同尺寸、不同形状的岩体结构面剪切试验样品以满足岩体结构面剪切特性的研究需求，本发明提出了一种用于岩体结构面剪切试验的制样模具，所述制样模具包括前竖板、后竖板、左侧板、右侧板和底板围成的半开放空间的模具本体，其中，所述左侧板和所述右侧板均呈L型，所述左侧板包括左侧竖板和左侧底板，所述右侧板包括右侧后竖板和右侧竖板；所述制样模具还包括支架，所述支架设置在所述底板的下侧，用于支撑所述底板。

在上述用于岩体结构面剪切试验的制样模具的优选实施方式中，所述L型左侧板的左侧竖板与左侧底板连接处沿所述左侧竖板的宽度方向设置有第一插销，所述前竖板的下部沿所述前竖板的长度方向设置有与所述第一插销匹配的开口方向向左的长条形凹槽，所述长条形凹槽能够穿过所述第一插销，并借助螺栓将所述左侧板与所述前竖板固定。

在上述用于岩体结构面剪切试验的制样模具的优选实施方式中，所述左侧竖板的内侧水平设置有第二插销和第三插销，所述底板下侧的左端水平设置有与所述第二插销和所述第三插销匹配的开口方向向下的第一U型叉和第二U型叉，所述第一U型叉的内侧和所述第二U型叉的内侧能够分别穿过所述第二插销和所述第三插销，并借助螺栓将所述左侧板与所述底板固定。

在上述用于岩体结构面剪切试验的制样模具的优选实施方式中，所述底板上侧的后部区域水平设置有第四插销和第五插销，所述后竖板的外侧水平设置有与所述第四插销和所述第五插销匹配的开口方向向后的第三U型叉和第四U型叉，所述第三U型叉的内侧和所述第四U型叉的内侧能够分别穿过所述第四插销和所述第五插销，并借助螺栓将所述底板与所述后竖板固定。

在上述用于岩体结构面剪切试验的制样模具的优选实施方式中，所述后竖板的内侧水平设置有至少一排贯通螺栓孔，所述右侧后竖板的外侧水平设置有至少一排与所述贯通螺栓孔匹配的半贯通螺栓孔，在所述右侧后竖板的外侧抵靠于所述后竖板的内侧之后，螺栓能够穿过所述贯通螺栓孔并深入到所述半贯通螺栓孔以将所述后竖板与所述右侧板固定。

在上述用于岩体结构面剪切试验的制样模具的优选实施方式中，所述贯通螺栓孔与所述半贯通螺栓孔均为两排，每排半贯通螺栓孔的数量小于等于每排贯通螺栓孔的数量；并且/或者在所述后竖板与所述右侧板固定之后，所述右侧后竖板的左端抵靠于所述左侧竖板的内侧，所述右侧竖板的前端与所述前竖板接触。

在上述用于岩体结构面剪切试验的制样模具的优选实施方式中，所述右侧后竖板的内侧设置为平直型或锯齿型。

在上述用于岩体结构面剪切试验的制样模具的优选实施方式中，所述前竖板的长条形凹槽与所述第一插销之间，所述底板下侧的第一U型叉与所述第二插销之间、所述第二U型叉与所述第三插销之间，所述后竖板外侧的第三U型叉与所述第四插销之间以及所述第四U型叉与所述第五插销之间的相对位置均能够被调节以使所述制样模具能够制造不同尺寸、不同形状的岩体结构面剪切试验样品。

在上述用于岩体结构面剪切试验的制样模具的优选实施方式中，所述支架包括上端帽、下端帽以及位于所述上端帽与所述下端帽之间的伸缩杆，所述伸缩杆包括第一支杆、嵌套于所述第一支杆的第二支杆、嵌套于所述第二支杆的第三支杆、嵌套于所述第三支杆的第四支杆，所述第一支杆和所述第二支杆通过第一螺纹扣连接，通过旋转所述第一螺纹扣能够调节所述第二支杆伸出所述第一支杆的长度；所述第二支杆和所述第三支杆通过第二螺纹扣连接，通过旋转所述第二螺纹扣能够调节所述第三支杆伸出所述第二支杆的长度；所述第三支杆和所述第四支杆通过第三螺纹扣连接，通过旋转所述第三螺纹扣能够调节所述第四支杆伸出所述第三支杆的长度。

在上述用于岩体结构面剪切试验的制样模具的优选实施方式中，所述底板下侧设置有第一凹槽，所述左侧底板的上侧设置有第二凹槽，所述支架的上端帽嵌入到所述第一凹槽中，所述支架的下端帽嵌入到所述第二凹槽中，并因此使所述支架固定于所述底板与所述左侧底板之间。

本发明提供的制样模具利用L型的左侧板和L型的右侧板分别与前竖板、后竖板和底板形成半开放空间，并利用支架支撑底板。在一些具体的实施方式中，按照本发明制样模具的结构设计，支架为可伸缩支架，前竖板的长条形凹槽与第一插销之间，底板下侧的第一U型叉与第二插销之间、第二U型叉与第三插销之间，后竖板外侧的第三U型叉与第四插销之间以及第四U型叉与第五插销之间的相对位置均能够被调节，进一步通过调节可伸缩支架以使制样模具能够制造不同尺寸、不同形状的岩体结构面剪切试验样品。

附图说明

图1是本发明实施例的制样模具的主视示意图；

图2是本发明实施例的制样模具的左视示意图；

图3是本发明实施例的制样模具的俯视示意图；

图4a是本发明实施例的制样模具的左侧板的主视示意图；

图4b是本发明实施例的制样模具的左侧板的俯视示意图；

图5是本发明实施例的制样模具的前竖板的主视示意图；

图6a是本发明实施例的制样模具的底板的主视示意图；

图6b是本发明实施例的制样模具的底板的左视示意图；

图7a是本发明实施例的制样模具的后竖板的主视示意图；

图7b是本发明实施例的制样模具的后竖板的俯视示意图；

图8a是本发明实施例的制样模具的右侧板的主视示意图；

图8b是本发明实施例的制样模具的右侧板的俯视示意图；

图9a是本发明实施例的制样模具的处于缩短状态的支架结构示意图；

图9b是本发明实施例的制样模具的处于伸长状态的支架结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

首先参照图1-3，图1是本发明一种实施例的制样模具的主视图；图2是本发明一种实施例的制样模具的左视图；图3是本发明一种实施例的制样模具的俯视图。如图1-3所示，本发明的用于岩体结构面剪切试验的制样模具包括前竖板1、后竖板2、左侧板3、右侧板4、底板5和支架6，前竖板1、后竖板2、左侧板3、右侧板4和底板5围成半开放空间的模具本体，支架6设置在底板5的下侧，用于支撑底板5。其中，左侧板3和右侧板4均呈L型，下面结合图4a-9b分别对左侧板3和右侧板4的结构以及左侧板3、右侧板4分别与前竖板1、后竖板2和底板5之间的连接关系以及支架6及其连接关系作进一步说明。

参照图4a和4b，图4a是本发明实施例的制样模具的左侧板的主视示意图；图4b是本发明实施例的制样模具的左侧板的俯视示意图。如图4a和4b所示，L型的左侧板3包括左侧竖板31和左侧底板32，左侧竖板31与左侧底板32连接处沿左侧竖板31宽度方向设置有第一插销33，图4b可以看出该第一插销33指向前方。

参照图5，图5是本发明实施例的制样模具的前竖板的主视示意图。如图5所示，前竖板1的下部沿前竖板1的长度方向设置有与第一插销33匹配的开口方向向左的长条形凹槽11，进一步，该长条形凹槽11左端的上、下两侧均作锐化处理，该长条形凹槽11右端为半圆形。在装配前竖板1与左侧板3时，长条形凹槽11能够穿过第一插销33，并借助螺栓M将左侧板3与前竖板1固定。例如，长条形凹槽11穿过第一插销33后，螺栓M在第一插销33上旋转以压紧长条形凹槽11，从而紧固左侧板3与前竖板1。优选地，该第一插销33为圆柱状插销。

返回参照图4a和4b，左侧竖板31的内侧水平设置有第二插销34和第三插销35。具体地，该第二插销34和第三插销35结构相同，沿左侧竖板31长度方向(即沿左侧板从后往前的方向)水平并排且紧邻地设置于左侧竖板31内侧的下部区域。优选地，该第二插销34和第三插销35为圆柱状插销。

参照图6a和6b，图6a是本发明实施例的制样模具的底板的主视示意图；图6b是本发明实施例的制样模具的底板的左视示意图。如图6a和6b所示，底板5下侧的左端水平设置有与第二插销34和第三插销35匹配的开口方向向下的第一U型叉51和第二U型叉52。在装配左侧板3与底板5时，第一U型叉51的内侧和第二U型叉52的内侧能够分别穿过第二插销34和第三插销35，并借助螺栓M将左侧板3与底板5固定。例如，第一U型叉51穿过第二插销34、第二U型叉52穿过第三插销35，螺栓M在第二插销34和第三插销35上旋转以压紧第一U型叉51和第二U型叉52，从而紧固左侧板3与底板5。继续参照图6a和6b，底板5上侧的后部区域水平设置有第四插销53和第五插销54。

参照图7a和7b，图7a是本发明实施例的制样模具的后竖板的主视示意图；图7b是本发明实施例的制样模具的后竖板的俯视示意图。如图7a和7b所示，后竖板2的外侧水平设置有与第四插销53和第五插销54匹配的开口方向向后的第三U型叉21和第四U型叉22。在装配后竖板2与底板5时，第三U型叉21的内侧和第四U型叉22的内侧分别穿过第四插销53和第五插销54，并借助螺栓M将底板5与后竖板2固定。例如，第三U型叉21穿过第四插销53、第四U型叉22穿过第五插销54，螺栓M在第四插销53和第五插销54上旋转以压紧第三U型叉21和第四U型叉22，从而紧固后竖板2与底板5。继续参照图7a和7b，后竖板2的内侧水平设置有至少一排贯通螺栓孔23。本实施例中，贯通螺栓孔23为两排，每排设置有四个。

参照图8a和8b，图8a是本发明实施例的制样模具的右侧板的主视示意图；图8b是本发明实施例的制样模具的右侧板的俯视示意图。如图8a和8b所示，L型的右侧板4包括右侧后竖板41和右侧竖板42，右侧后竖板41的外侧水平设置有至少一排与贯通螺栓孔23匹配的半贯通螺栓孔43。在本实施例中，半贯通螺栓孔43为两排，每排设置有四个。在装配右侧板4与后竖板2时，右侧后竖板41的外侧抵靠于后竖板2的内侧，此时半贯通螺栓孔43与贯通螺栓孔23为对齐状态，螺栓M穿过贯通螺栓孔23并深入到半贯通螺栓孔43以将后竖板2与右侧板4固定。进一步，在后竖板2与右侧板4固定之后，右侧后竖板41的左端抵靠于左侧竖板31的内侧，右侧竖板42的前端与前竖板1接触。

在此需要说明的是，右侧后竖板41的长度可以灵活地选择不同的尺寸，根据不同尺寸、不同形状的右侧后竖板41，在右侧后竖板41上设置不同数量的半贯通螺栓孔43。例如，在图8a和8b示出的右侧后竖板41的长度的基础上，当右侧后竖板41的长度减少一半时，可以相应地将每排半贯通螺栓孔43的数量减少两个，这些都不脱离本发明的保护范围。另外，右侧后竖板41的内侧可以设置为平直型，也可以设置为锯齿型，或者还可以由本领域技术人员根据实际需要设置为其他形式。

参照图9a和9b，图9a是本发明实施例的制样模具的处于缩短状态的支架结构示意图；图9b是本发明实施例的制样模具的处于伸长状态的支架结构示意图。如图9a和9b所示，支架6包括上端帽61、下端帽62以及位于上端帽61与下端帽62之间的伸缩杆63，伸缩杆63包括第一支杆631、嵌套于第一支杆631的第二支杆632、嵌套于第二支杆632的第三支杆633、嵌套于第三支杆633的第四支杆634。第一支杆631和第二支杆632通过第一螺纹扣64连接，通过旋转第一螺纹扣64能够调节第二支杆632伸出第一支杆631的长度；第二支杆632和第三支杆633通过第二螺纹扣65连接，通过旋转第二螺纹扣65能够调节第三支杆633伸出第二支杆632的长度；第三支杆633和第四支杆634通过第三螺纹扣66连接，通过旋转第三螺纹扣66能够调节第四支杆634伸出第三支杆633的长度。换言之，支架6具有四节可伸缩范围，通过调节支架6的高度可以调节底板5的高度。具体地，返回参照图4a、4b以及图6a和6b，底板5下侧设置有第一凹槽50，左侧底板32的上侧设置有第二凹槽30，支架6的上端帽61嵌入到第一凹槽50中，支架6的下端帽62嵌入到第二凹槽30中，并因此使支架固定于底板5与左侧底板32之间。

如上所述，本领域技术人员可以理解的是，前竖板1的长条形凹槽11与第一插销33之间，底板5下侧的第一U型叉51与第二插销34之间、第二U型叉52与第三插销35之间，后竖板2外侧的第三U型叉21与第四插销53之间以及第四U型叉22与第五插销54之间的相对位置均能够被调节，进一步通过调节支架6以使制样模具能够制造不同尺寸、不同形状的岩体结构面剪切试验样品。

举例而言，在上述制样模具组装好的基础上，当加工锯齿型岩体试样时，结合待加工试样的尺寸以调节模具本体的空间大小，同时调整支架高度，并使用两个锯齿型的右侧后竖板41形成两个制样模具，分别浇筑浆体材料于两个制样模具内，通过养护固化后最终形成岩体试样，然后取出两个制样模具中的岩体试样，分别沿岩体试样长度方向顺时针和逆时针旋转两个岩体试样并将锯齿面合并，将锯齿面合并后的岩体试样安装于剪切试验仪中进行剪切试验。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于岩体结构面剪切试验的制样模具，其特征在于，所述制样模具包括前竖板、后竖板、左侧板、右侧板和底板围成的半开放空间的模具本体，

其中，所述左侧板和所述右侧板均呈L型，所述左侧板包括左侧竖板和左侧底板，所述右侧板包括右侧后竖板和右侧竖板；

所述制样模具还包括支架，所述支架设置在所述底板的下侧，用于支撑所述底板；

所述L型左侧板的左侧竖板与左侧底板连接处沿所述左侧竖板的宽度方向设置有第一插销，所述前竖板的下部沿所述前竖板的长度方向设置有与所述第一插销匹配的开口方向向左的长条形凹槽，

所述长条形凹槽能够穿过所述第一插销，并借助螺栓将所述左侧板与所述前竖板固定；所述第一插销为圆柱状插销；

所述左侧竖板的内侧水平设置有第二插销和第三插销，所述底板下侧的左端水平设置有与所述第二插销和所述第三插销匹配的开口方向向下的第一U型叉和第二U型叉，

所述第一U型叉的内侧和所述第二U型叉的内侧能够分别穿过所述第二插销和所述第三插销，并借助螺栓将所述左侧板与所述底板固定；

所述底板上侧的后部区域水平设置有第四插销和第五插销，所述后竖板的外侧水平设置有与所述第四插销和所述第五插销匹配的开口方向向后的第三U型叉和第四U型叉，

所述第三U型叉的内侧和所述第四U型叉的内侧能够分别穿过所述第四插销和所述第五插销，并借助螺栓将所述底板与所述后竖板固定；

所述后竖板的内侧水平设置有至少一排贯通螺栓孔，所述右侧后竖板的外侧水平设置有至少一排与所述贯通螺栓孔匹配的半贯通螺栓孔，

在所述右侧后竖板的外侧抵靠于所述后竖板的内侧之后，螺栓能够穿过所述贯通螺栓孔并深入到所述半贯通螺栓孔以将所述后竖板与所述右侧板固定；

所述支架包括上端帽、下端帽以及位于所述上端帽与所述下端帽之间的伸缩杆，

所述伸缩杆包括第一支杆、嵌套于所述第一支杆的第二支杆、嵌套于所述第二支杆的第三支杆、嵌套于所述第三支杆的第四支杆，

所述第一支杆和所述第二支杆通过第一螺纹扣连接，通过旋转所述第一螺纹扣能够调节所述第二支杆伸出所述第一支杆的长度；所述第二支杆和所述第三支杆通过第二螺纹扣连接，通过旋转所述第二螺纹扣能够调节所述第三支杆伸出所述第二支杆的长度；所述第三支杆和所述第四支杆通过第三螺纹扣连接，通过旋转所述第三螺纹扣能够调节所述第四支杆伸出所述第三支杆的长度。

2.根据权利要求1所述的用于岩体结构面剪切试验的制样模具，其特征在于，所述贯通螺栓孔与所述半贯通螺栓孔均为两排，每排半贯通螺栓孔的数量小于等于每排贯通螺栓孔的数量；并且/或者

在所述后竖板与所述右侧板固定之后，所述右侧后竖板的左端抵靠于所述左侧竖板的内侧，所述右侧竖板的前端与所述前竖板接触。

3.根据权利要求2所述的用于岩体结构面剪切试验的制样模具，其特征在于，所述右侧后竖板的内侧设置为平直型或锯齿型。

4.根据权利要求3所述的用于岩体结构面剪切试验的制样模具，其特征在于，所述前竖板的长条形凹槽与所述第一插销之间，所述底板下侧的第一U型叉与所述第二插销之间、所述第二U型叉与所述第三插销之间、所述后竖板外侧的第三U型叉与所述第四插销之间以及所述第四U型叉与所述第五插销之间的相对位置均能够被调节以使所述制样模具能够制造不同尺寸、不同形状的岩体结构面剪切试验样品。

5.根据权利要求4所述的用于岩体结构面剪切试验的制样模具，其特征在于，所述底板下侧设置有第一凹槽，所述左侧底板的上侧设置有第二凹槽，

所述支架的上端帽嵌入到所述第一凹槽中，所述支架的下端帽嵌入到所述第二凹槽中，并因此使所述支架固定于所述底板与所述左侧底板之间。