CN109540642B - 一种批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，包括第一组合侧板、第二组合侧板、底板、固定螺栓、裂隙预制片，第一组合侧板由两块端部侧板和至少一块中部侧板组成，第二组合侧板由第二侧板和裂隙角度调节块组成，底板上设有第三凹槽和第四凹槽，两块第一组合侧板的下端分别位于第三凹槽中，各第二组合侧板的下端分别位于第四凹槽中，各第二组合侧板的左右两端分别位于两块第一组合侧板的第一凹槽中，两块第一组合侧板和各第二组合侧板通过固定螺栓和螺母固定为一体形成模具的边墙，裂隙预制片穿过各第二组合侧板上的裂隙角度调节块的固定缝中。该模具可实现类岩体裂隙试样的批量制作，提高裂隙试样的制作效率。

Description

一种批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具

技术领域

本发明属于岩石力学领域，涉及一种批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具。

背景技术

工程岩体是一种经历了漫长的成岩运动及地质构造作用的非连续介质体，由于构造应力场的作用，其内部存在着由多晶体滑动面、微裂隙、节理、软弱夹层以及断层等组成的复杂结构面，岩体的强度、变形破坏与结构面的排布有着紧密的因果关系。当岩体受到外部荷载作用时，节理端部应力高度集中，节理起裂、扩展与贯通会降低工程岩体强度，直接影响工程设计、施工与运营。实际工程岩体中裂隙的分布具有明显的随机性，对裂隙岩体进行现场试验研究非常困难。因此，针对裂隙岩体的研究，国内外学者多以类岩体相似材料预制裂隙开展物理模型试验，通过室内模拟试验把岩体的结构特征和赋存环境统一到模拟试验中去，以期正确认识裂隙岩体的损伤演化和变形破坏机理。

裂隙倾角是指工程岩体中裂隙与所遭受荷载之间的夹角，该参数是裂隙岩体的研究中一个很重要也很基础的构型参数，不同倾角的裂隙岩体的强度和变形破坏机理存在着巨大差异。目前已有的模具针对裂隙倾角进行研究的非常少且大多数模具只能针对单个试样进行浇筑，费时费力，效率低下。

CN102519767A公开了一种制作类岩石试块裂隙面的模具，包括滑槽、滑杆钢片、量角器、定位杆和钢片，该模具可以方便的调整试样裂隙面倾角、间距等，但操作过程复杂繁琐，且一次性只能浇筑一个试样，存在着类岩石试块制作效率低的不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，实现类岩体裂隙试样的批量制作，提高裂隙试样制作效率。

本发明提供的批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，包括侧板、底板、固定螺栓、裂隙预制片，所述侧板包括第一组合侧板和第二组合侧板，

所述第一组合侧板由两块端部侧板和至少一块中部侧板组成，端部侧板上设有螺栓通孔，端部侧板和中部侧板的内侧面上设有与第二组合侧板厚度匹配的第一凹槽，端部侧板的一端面上设有连接凸条，中部侧板的一端面上设有连接凸条、中部侧板的另一端面上设有形状与连接凸条匹配的连接凹槽，各中部侧板之间以及各中部侧板与各端部侧板之间通过连接凸条与连接凹槽的配合组合形成平板状的第一组合侧板；

所述第二组合侧板由第二侧板和裂隙角度调节块组成，裂隙角度调节块呈齿轮状，裂隙角度调节块上设有与裂隙预制片匹配的固定缝，第二侧板上设有形状与裂隙角度调节块匹配的裂隙角度调节块固定通孔，裂隙角度调节块安装于裂隙角度调节块固定通孔中；

所述底板的上表面上设有与第一组合侧板厚度匹配的第三凹槽以及与第二组合侧板厚度匹配的第四凹槽，第三凹槽与第四凹槽相互垂直；

所述第一组合侧板为两块，第二组合侧板至少为三块，第二组合侧板的数量与各块第一组合侧板中的端部侧板与中部侧板的数量之和相同；两块第一组合侧板的下端分别位于底板的第三凹槽中，各第二组合侧板的下端分别位于底板的第四凹槽中，各第二组合侧板的左右两端分别位于两块第一组合侧板的第一凹槽中，通过插装在两块第一组合侧板上的螺栓通孔内的固定螺栓和螺母的配合将两块第一组合侧板和各第二组合侧板固定为一体形成模具的边墙；各第二组合侧板上的裂隙角度调节块的固定缝处于同一平面上，裂隙预制片穿过并固定于各第二组合侧板上的裂隙角度调节块的固定缝中。

上述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的技术方案中，底板上第三凹槽的数量为两个，底板上第四凹槽的数量≥第二组合侧板的数量。

上述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的技术方案中，裂隙角度调节块上的齿轮数量根据实际应用需求进行确定，裂隙角度调节块上的齿轮均匀分布，优选地，裂隙角度调节块上的齿轮的数量至少为12个。

上述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的技术方案中，第一组合侧板的各端部侧板上设有至少两个螺栓通孔，随着模具尺寸的增加，可增加螺栓通孔的数量。

上述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的技术方案中，第一组合侧板的各端部侧板和各中部侧板的内侧面上均设有一个第一凹槽，在第一组合侧板安装于底板上之后，第一凹槽与底板相互垂直。

上述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的技术方案中，第一组合侧板、第二组合侧板和底板均由有机透明板制作，例如所述有机透明板可以为聚甲基丙烯酸甲酯板材或聚碳酸酯板。

上述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的技术方案中，为了满足模具的强度要求，第一组合侧板、第二组合侧板和底板的厚度至少为10mm，具体的厚度根据模具尺寸等实际应用需求进行确定。

上述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的技术方案中，所述裂隙预制片的长度应大于等于第一组合侧板的长度，裂隙预制片的宽度、厚度和材质根据制作类岩石试样的具体要求进行确定，例如可采用钢性材料制作的裂隙预制片制作带非填充型裂隙的类岩石试样，可采用脆性材料制作的裂隙预制片制作带填充型裂隙的类岩石试样。

使用上述模具制作类岩体裂隙试样模具的方法如下：

①根据实际需要的裂隙倾角，将裂隙角度调节块安装于裂隙角度调节块固定通孔中形成第二组合侧板，各第二组合侧板中的裂隙角度调节块上的固定缝相对于水平面的角度相同，各第二组合侧板上的裂隙角度调节块固定通孔的设置位置完全相同。

②将一块第一组合侧板的各端部侧板和中部侧板的下端分别插装在底板的一个第三凹槽中，将另一块第一组合侧板的各端部侧板和中部侧板的下端分别插装在底板的另一个第三凹槽中，同一块第一组合侧板的各中部侧板之间以及各中部侧板与各端部侧板之间通过连接凸条与连接凹槽的配合组合在一起，调整第一组合侧板在第三凹槽中的位置，使各中部侧板与各端部侧板上设置的第一凹槽分别与底板上的各第四凹槽对齐。

③将各块第二组合侧板的下端分别插装在底板上的各第四凹槽中，各块第二组合侧板的左右两端分别插装在两块第一组合侧板的各第一凹槽中，通过插装在两块第一组合侧板上的螺栓通孔内的固定螺栓和螺母的组合将两块第一组合侧板和各块第二组合侧板结合为一体形成模具的边墙，将然后将裂隙预制片插装在各第二组合侧板的固定缝中。

④将类岩石浆料倒入模具中，振捣、抹平，类岩石浆料应覆盖住裂隙预制片，同时应避免模具中的类岩石浆料中产生气泡，然后静置至类岩石浆料凝固成型，依次拆掉固定螺栓、第一组合侧板、第二组合侧板和底板，取出裂隙预制片得到裂隙为非填充型的类岩体裂隙试样，或者剪掉凝固成型的暴露在类岩体裂隙试样表面的预制裂隙片得到裂隙为填充型的类岩体裂隙试样。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案产生了以下有益的技术效果：

1.本发明提供的制作类岩体裂隙试样的模具是专门针对对裂隙倾角进行系统性研究的模具，该模具由过底板、第一组合侧板和多块第二组合侧板以及裂隙预制片组合而成的，裂隙预制品穿过各第二组合侧板上的固定缝，可以实现类岩体裂隙试样的批量浇筑制作，可以提高类岩体裂隙试样制作效率，并且操作方式简单易行。

2.本发明提供的批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具中，第二组合侧板由第二侧板和裂隙角度调节块组成，裂隙角度调节块呈齿轮状，其上设有用于固定裂隙预制片的固定缝，第二侧板上设有形状与裂隙角度调节块匹配的裂隙角度调节块固定通孔，裂隙角度调节块安装于裂隙角度调节块固定通孔中，将裂隙角度调节块和裂隙角度调节块设计成齿轮状的相互匹配的结构，在使用时只用转换裂隙角度调节块在裂隙角度调节块固定孔中的角度，便可以简单多样调整类岩体裂隙试样的倾角，同时该结构设计可以增加裂隙角度变化的精度和可调性，进行裂隙倾角的自由多样变换，使用本发明提供的模能有效提高系列角度变换的类岩石试样的制作效率。

3.本发明提供的批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具中，第一组合侧板由两块端部侧板和若干中部侧板组合而成，各中部侧板之间以及各中部侧板与各端部侧板之间通过连接凸条与连接凹槽的配合组合形成第一组合侧板，彼此之间的独立性好，可以通过调整中部侧板的尺寸来调整类岩体裂隙试样的尺寸，适用性强。

4.本发明提供的批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的底板、第一组合侧板和第二组合侧板均由有机透明板制作，在浇筑类岩石试样的过程中，可直接观察到模具中的气泡情况并及时处理，从而减小类岩石试样力学性能差异同时，透明板材的成本较低且切割方便，有利于降低模具的制作难度和成本。

附图说明

图1是本发明提供的批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的结构示意图；

图2是第一组合侧板的结构示意图；

图3是第一组合侧板的端部侧板的结构示意图；

图4是第一组合侧板的中部侧板的结构示意图；

图5是第二组合侧板的结构示意图；

图6是第二组合侧板的第二侧板的结构示意图；

图7是第二组合侧板的裂隙角度调节块的结构示意图；

图8是底板的结构示意图；

图中，1—第一组合侧板、1-1—第一凹槽、1-2—螺栓通孔、1-3—中部侧板、1-4—端部侧板、1-5—连接凸条、1-6—连接凹槽、2—第二组合侧板、2-1—裂隙角度调节块固定通孔、2-2—第二侧板、2-3—裂隙角度调节块、2-4—固定缝、3—底板、3-1—第三凹槽、3-2—第四凹槽、4—固定螺栓、5—裂隙预制片。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明提供的批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的结构和使用方法作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明保护的范围。

实施例1

本实施例中，批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的结构示意图如图1所示，采用该模具可以一次性制作三个类岩体裂隙试样，该模具包括侧板、底板3、固定螺栓4、裂隙预制片5，所述侧板包括第一组合侧板1和第二组合侧板2，

所述第一组合侧板1的结构示意图如图2～4所示，由两块端部侧板1-4和两块中部侧板1-3组成，端部侧板1-4上设有两个螺栓通孔1-2，端部侧板1-4和中部侧板1-3的内侧面上设有与第二组合侧板厚度匹配的第一凹槽1-1，端部侧板1-4的一端面上设有连接凸条1-5，中部侧板1-3的一端面上设有连接凸条1-5、中部侧板1-3的另一端面上设有形状与连接凸条1-5匹配的连接凹槽1-6，各中部侧板1-3之间以及各中部侧板1-3与各端部侧板1-4之间通过连接凸条1-5与连接凹槽1-6的配合组合形成平板状的第一组合侧板1。

所述第二组合侧板2的结构示意图如图5～7所示，由第二侧板2-2和裂隙角度调节块2-3组成，裂隙角度调节块2-3呈齿轮状，裂隙角度调节块2-3上的齿轮数量为16个，裂隙角度调节块上的齿轮均匀分布，裂隙角度调节块上设有尺寸与裂隙预制片5的宽度和厚度匹配的固定缝2-4，第二侧板2-2上设有形状与裂隙角度调节块2-3匹配的裂隙角度调节块固定通孔2-1，裂隙角度调节块2-3安装于裂隙角度调节块固定通孔2-1中。通过调整裂隙角度调节块在裂隙角度调节块固定通孔2-1中的方向，可以调整裂隙角度调节块上的固定缝相对于水平面的角度，从而实现裂隙倾角的调整。

所述底板3的结构示意图如图8所示，底板的上表面上设有与第一组合侧板厚度匹配的第三凹槽3-1以及与第二组合侧板厚度匹配的第四凹槽3-2，第三凹槽的数量为两个、沿着底板的长度方向设置，第四凹槽的数量为四个、沿着底板的宽度方向设置，第三凹槽3-1与第四凹槽3-2相互垂直。

所述第一组合侧板为两块，第二组合侧板为四块；所述第一组合侧板1、第二组合侧板2和底板3的厚度均为20mm，第一组合侧板1、第二组合侧板2和底板3均由有机透明板制作，具体可采用聚甲基丙烯酸甲酯板或聚碳酸酯板制作；裂隙预制片5由钢板制作；两块第一组合侧板的下端分别位于底板的第三凹槽3-1中，各第二组合侧板的下端分别位于底板的第四凹槽3-2中，各第二组合侧板的左右两端分别位于两块第一组合侧板的第一凹槽中，通过插装在两块第一组合侧板上的螺栓通孔内的固定螺栓和螺母的配合将两块第一组合侧板和各第二组合侧板固定为一体形成模具的边墙；各第二组合侧板上的裂隙角度调节块2-3的固定缝2-4处于同一平面上，裂隙预制片穿过并固定于各第二组合侧板上的裂隙角度调节块2-3的固定缝2-4中。第一组合侧板1的各端部侧板1-4和各中部侧板1-3的内侧面上设置的第一凹槽1-1的数量均为一个，在第一组合侧板安装于底板上之后，第一凹槽与底板相互垂直。

实施例2

本实施例中，批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具的结构示意图类似于图1，采用该模具可以一次性制作十个类岩体裂隙试样，该模具包括侧板、底板3、固定螺栓4、裂隙预制片5，所述侧板包括第一组合侧板1和第二组合侧板2，

所述第一组合侧板1的结构示意图类似于图2～4，由两块端部侧板1-4和八块中部侧板1-3组成，端部侧板1-4上设有两个螺栓通孔1-2，端部侧板1-4和中部侧板1-3的内侧面上设有与第二组合侧板厚度匹配的第一凹槽1-1，端部侧板1-4的一端面上设有连接凸条1-5，中部侧板1-3的一端面上设有连接凸条1-5、中部侧板1-3的另一端面上设有形状与连接凸条1-5匹配的连接凹槽1-6，各中部侧板1-3之间以及各中部侧板1-3与各端部侧板1-4之间通过连接凸条1-5与连接凹槽1-6的配合组合形成平板状的第一组合侧板1。

所述第二组合侧板2的结构示意图类似于图5～7，由第二侧板2-2和裂隙角度调节块2-3组成，裂隙角度调节块2-3呈齿轮状，裂隙角度调节块2-3上的齿轮数量为24个，裂隙角度调节块上的齿轮均匀分布，裂隙角度调节块上设有尺寸与裂隙预制片5的宽度和厚度匹配的固定缝2-4，第二侧板2-2上设有形状与裂隙角度调节块2-3匹配的裂隙角度调节块固定通孔2-1，裂隙角度调节块2-3安装于裂隙角度调节块固定通孔2-1中。通过调整裂隙角度调节块在裂隙角度调节块固定通孔2-1中的方向，可以调整裂隙角度调节块上的固定缝相对于水平面的角度，从而实现裂隙倾角的调整。

所述底板3的结构示意图类似于图8，底板的上表面上设有与第一组合侧板厚度匹配的第三凹槽3-1以及与第二组合侧板厚度匹配的第四凹槽3-2，第三凹槽的数量为两个、沿着底板的长度方向设置，第四凹槽的数量为十个、沿着底板的宽度方向设置，第三凹槽3-1与第四凹槽3-2相互垂直。

所述第一组合侧板为两块，第二组合侧板为十块；所述第一组合侧板1、第二组合侧板2和底板3的厚度均为30mm，第一组合侧板1、第二组合侧板2和底板3均由有机透明板制作，具体可采用聚甲基丙烯酸甲酯板或聚碳酸酯板制作；裂隙预制片5由钢板制作；两块第一组合侧板的下端分别位于底板的第三凹槽3-1中，各第二组合侧板的下端分别位于底板的第四凹槽3-2中，各第二组合侧板的左右两端分别位于两块第一组合侧板的第一凹槽中，通过插装在两块第一组合侧板上的螺栓通孔内的固定螺栓和螺母的配合将两块第一组合侧板和各第二组合侧板固定为一体形成模具的边墙；各第二组合侧板上的裂隙角度调节块2-3的固定缝2-4处于同一平面上，裂隙预制片穿过并固定于各第二组合侧板上的裂隙角度调节块2-3的固定缝2-4中。第一组合侧板1的各端部侧板1-4和各中部侧板1-3的内侧面上设置的第一凹槽1-1的数量均为一个，在第一组合侧板安装于底板上之后，第一凹槽与底板相互垂直。

实施例3

本实施例中，以实施例1或2提供的模具为例，说明采用本发明所述模具批量制作类岩体裂隙试样的方法。

①根据实际需要的裂隙倾角，将裂隙角度调节块安装于裂隙角度调节块固定通孔中形成第二组合侧板，各第二组合侧板中的裂隙角度调节块上的固定缝相对于水平面的角度相同，各第二组合侧板上的裂隙角度调节块固定通孔的设置位置完全相同。

②将一块第一组合侧板的各端部侧板和中部侧板的下端分别插装在底板的一个第三凹槽中，将另一块第一组合侧板的各端部侧板和中部侧板的下端分别插装在底板的另一个第三凹槽中，同一块第一组合侧板的各中部侧板之间以及各中部侧板与各端部侧板之间通过连接凸条与连接凹槽的配合组合在一起，调整第一组合侧板在第三凹槽中的位置，使各中部侧板与各端部侧板上设置的第一凹槽分别与底板上的各第四凹槽对齐。

③将各块第二组合侧板的下端分别插装在底板上的各第四凹槽中，各块第二组合侧板的左右两端分别插装在两块第一组合侧板的各第一凹槽中，通过插装在两块第一组合侧板上的螺栓通孔内的固定螺栓和螺母的组合将两块第一组合侧板和各块第二组合侧板结合为一体形成模具的边墙，将然后将裂隙预制片插装在各第二组合侧板的固定缝中。

④将类岩石浆料倒入模具中，振捣、抹平，类岩石浆料应覆盖住裂隙预制片，同时应避免模具中的类岩石浆料中产生气泡，然后静置至类岩石浆料凝固成型，依次拆掉固定螺栓、第一组合侧板、第二组合侧板和底板，取出裂隙预制片得到裂隙为非填充型的类岩体裂隙试样。

Claims (8)

1.一种批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，包括侧板、底板(3)、固定螺栓(4)、裂隙预制片(5)，其特征在于，所述侧板包括第一组合侧板(1)和第二组合侧板(2)，

所述第一组合侧板(1)由两块端部侧板(1-4)和至少一块中部侧板(1-3)组成，端部侧板(1-4)上设有螺栓通孔(1-2)，端部侧板(1-4)和中部侧板(1-3)的内侧面上设有与第二组合侧板厚度匹配的第一凹槽(1-1)，端部侧板(1-4)的一端面上设有连接凸条(1-5)，中部侧板(1-3)的一端面上设有连接凸条(1-5)、中部侧板(1-3)的另一端面上设有形状与连接凸条(1-5)匹配的连接凹槽(1-6)，各中部侧板(1-3)之间以及各中部侧板(1-3)与各端部侧板(1-4)之间通过连接凸条(1-5)与连接凹槽(1-6)的配合组合形成平板状的第一组合侧板(1)；

所述第二组合侧板(2)由第二侧板(2-2)和裂隙角度调节块(2-3)组成，裂隙角度调节块(2-3)呈齿轮状，裂隙角度调节块上设有与裂隙预制片(5)匹配的固定缝(2-4)，第二侧板(2-2)上设有形状与裂隙角度调节块(2-3)匹配的裂隙角度调节块固定通孔(2-1)，裂隙角度调节块(2-3)安装于裂隙角度调节块固定通孔(2-1)中；

所述底板(3)的上表面上设有与第一组合侧板厚度匹配的第三凹槽(3-1)以及与第二组合侧板厚度匹配的第四凹槽(3-2)，第三凹槽(3-1)与第四凹槽(3-2)相互垂直；

所述第一组合侧板为两块，第二组合侧板至少为三块，第二组合侧板的数量与各块第一组合侧板中的端部侧板(1-4)与中部侧板(1-3)的数量之和相同；两块第一组合侧板的下端分别位于底板的第三凹槽(3-1)中，各第二组合侧板的下端分别位于底板的第四凹槽(3-2)中，各第二组合侧板的左右两端分别位于两块第一组合侧板的第一凹槽中，通过插装在两块第一组合侧板上的螺栓通孔内的固定螺栓和螺母的配合将两块第一组合侧板和各第二组合侧板固定为一体形成模具的边墙；各第二组合侧板上的裂隙角度调节块(2-3)的固定缝(2-4)处于同一平面上，裂隙预制片穿过并固定于各第二组合侧板上的裂隙角度调节块(2-3)的固定缝(2-4)中，裂隙预制片的长度大于等于第一组合侧板的长度。

2.根据权利要求1所述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，其特征在于，底板(3)上第三凹槽(3-1)的数量为两个，底板(3)上第四凹槽(3-2)的数量≥第二组合侧板(2)的数量。

3.根据权利要求1所述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，其特征在于，裂隙角度调节块(2-3)上的齿轮数量至少为12个，裂隙角度调节块上的齿轮均匀分布。

4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，其特征在于，第一组合侧板(1)的各端部侧板(1-4)上设有至少两个螺栓通孔(1-2)。

5.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，其特征在于，第一组合侧板(1)的各端部侧板(1-4)和各中部侧板(1-3)的内侧面上均设有一个第一凹槽(1-1)，在第一组合侧板安装于底板上之后，第一凹槽与底板相互垂直。

6.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，其特征在于，第一组合侧板(1)、第二组合侧板(2)和底板(3)均由有机透明板制作。

7.根据权利要求6所述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，其特征在于，所述有机透明板为聚甲基丙烯酸甲酯板材或聚碳酸酯板。

8.根据权利要求6所述批量制作不同倾角类岩体裂隙试样的模具，其特征在于，第一组合侧板(1)、第二组合侧板(2)和底板(3)的厚度至少为10mm。