CN110057636B - 制作加锚杆含裂隙岩样的模具及岩样的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具，涉及岩土工程技术领域。所述模具包括由一个底板和四个侧板可拆卸固定连接围合而成的一个上部开口的框体、锚杆以及带滑槽的钢管，每一侧板上均成型有至少一个通孔，每一通孔内对应设置有一个用于封堵通孔且可移动的硬片板，锚杆和钢管的两端分别连接于对应的硬片板上。本发明公开的一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具，通过在侧板上设置通孔，然后用硬片板封堵通孔，锚杆和钢管直接与硬片板连接，使得该模具封堵和防水效果均较好，同时，硬片板可移动设置于通孔内，施加外力移动硬片板，可以任意调节锚杆和钢管的角度，从而使得所制作的岩样包含任意锚固角和裂隙角，且包含多裂隙，实验结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具。
背景技术
岩石是一种复杂的天然介质，漫长的地质演变过程中其内部孕育了各种尺度的缺陷，它将岩石材料切割成不连续介质，使问题变得复杂，这些缺陷对岩体的强度和变形破坏特性有着重要的影响。
近年来我国大型土木工程相继建成或破土动工，而裂隙在土木工程中是不可避免的，节理、裂隙等的稳定性在一定程度上对整个工程的岩体结构的安全性具有至关重要的作用，断续裂隙岩体也是分布最广泛的形式之一。
锚杆作为广泛应用于岩体工程中的一种加固构件，在岩土工程中能充分调用岩土体能量和岩土的自身强度、自承能力，减轻结构自重，确保施工安全，其锚固效果是显著的，所以锚固工程量大大增加，锚固技术也得到了大规模采用和更进一步的提升。
目前的裂隙岩样加锚制作模具多采用预制裂隙和预加锚杆的方式，即在浇铸试验材料前将预制裂隙的薄片和锚杆固定，然后浇铸试验材料，待凝固后预制裂隙薄片和锚杆不取出。这种预加锚杆的方式大多在模具侧板预留一些不同孔径的锚孔，在竖直方向连续预留几排孔洞以模拟水平以及竖直方向的锚固角度。
对于已经发表的几项制作相关实验模型的中国专利，公开号：CN108007756A，专利名称：一种基于先张法制作加预应力锚杆的含裂隙岩样的模具；公开号：CN105738180A，专利名称：一种制作加锚杆的含裂隙岩样的模具；公开号：CN105806686A，专利名称：一种制作加锚随机交叉贯穿裂隙岩块的模具；均存在以下不足：
沿侧板预留的孔洞大小不一，且浇筑模型时会沿锚杆边缘以及其余锚孔渗漏，当实验数量较多时封堵工作量大且不易实现，当水平锚固以及竖直锚固角度太大时，锚杆的有效直径会变大，垂直穿过的锚杆在倾斜时难以穿过，按照以上专利生产的模具在实际试验中均无法进行倾斜锚固角度的实验。
同时，裂隙面和锚杆定位难度大，虽然锚固角度可以通过增加锚孔解决，但锚固角度仍十分有限且如上所述，锚孔较多后续工作量极大，工作效率低、实验周期长并且试块的精确度低，影响实验数据的可靠性。
而在实际的工程当中，裂隙通常是多条共同交织形成，传统意义的方法只能进行单裂隙的模拟试验。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种模具，使其制作的岩样能够满足多裂隙和倾斜锚固角度的实验，且保证实验结果的准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明公开一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具，通过在侧板上设置通孔，然后用硬片板封堵通孔，锚杆和钢管直接与硬片板连接，使得该模具封堵和防水效果均较好。同时，硬片板可移动设置于通孔内，施加外力移动硬片板，可以任意调节锚杆和钢管的角度，从而使得所制作的岩样包含任意锚固角和裂隙角，且包含多裂隙，实验结果更加准确。
根据本发明的目的提出的一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具，包括由一个底板和四个侧板可拆卸固定连接围合而成的一个上部开口的框体以及锚杆，每一所述侧板上均成型有在侧板厚度方向上贯穿侧板的至少一个通孔，每一所述通孔内对应设置有一个用于封堵通孔的硬片板，所述硬片板两端伸出侧板的端部，并于外力作用下于侧板内移动；四个侧板两两对称设置，分为第一侧板组和第二侧板组，第二侧板组上通孔位置高于第一侧板组上通孔位置设置；
所述模具还包括至少一个钢管，所述钢管两端分别连接于第二侧板组的硬片板上，所述钢管上设置有至少一个滑槽，所述滑槽内卡接软胶片，通过移动硬片板调整软胶片的角度；所述锚杆穿过软胶片，两端分别连接于第一侧板组上通孔内的硬片板上，并于硬片板的带动下进行角度调节。
优选的，第二侧板组高度高于第一侧板组，且第二侧板组上的通孔设置于第二侧板组高于第一侧板组的部分上。
优选的，第一侧板组为长侧板组，第二侧板组为短侧板组，长侧板组中每一侧板上的通孔为横向设置、上下排列的三个，短侧板组中每一侧板上的通孔为横向设置、上下排列的两个。
优选的，短侧板组中的两个短侧板分别嵌设于长侧板组的两端，短侧板与长侧板螺栓连接。
优选的，所述底板与侧板连接的四角处设置有角钢，四个侧板通过角钢与底板可拆卸固定连接。
优选的，所述底板上连接有用于卡住长侧板的两个对称设置的楔块。
优选的，硬片板为PVC硬片板，软胶片为PVC软胶片。
本发明另外公开了使用该模具制作岩样的方法，包括以下步骤：
步骤一：按实验要求预制四个带通孔的侧板，连接四个侧板和底板形成上部开口的框体，并于每一侧板的通孔内安装硬片板。
步骤二：在各个侧板内侧涂抹脱模剂。
步骤三：将锚杆自长侧板组的其中一个侧板内的硬片板插入，穿过软胶片后，再插入长侧板组中另一侧板内的硬片板上，通过抽动长侧板组中两个侧板上的硬片板，调整实验所需的锚杆角度。
步骤四：将预留滑槽的钢管依次插入短边侧板组内的两个硬片板中，再将软胶片穿过滑槽固定于钢管上，通过抽动短侧板组中两个侧板上的硬片板，调整实验所需的裂隙角度。
步骤五：依据试验需要，确认锚固角、裂隙角达到要求。
步骤六：向模具中缓慢灌注经过配比后的砂浆材料，并于灌注过程中用抹刀进行插捣，之后密实震动90s，刮除模具上多余砂浆液，用抹刀将砂浆表面抹平。
步骤七：待试件初步成型后在室温下养护24h后拆模，即可形成含锚杆锚固的岩样进行试验。
优选的，步骤二中所述脱模剂为凡士林。
与现有技术相比，本发明公开的一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具的优点是：
所述模具，包括由一个底板和四个侧板可拆卸固定连接围合而成的一个上部开口的框体、锚杆以及带滑槽的钢管。四个侧板两两对称设置，分为第一侧板组和第二侧板组，每一侧板上均成型有至少一个通孔，每一所述通孔内对应设置有一个用于封堵通孔的硬片板，所述硬片板两端伸出对应侧板的端部，并于外力作用下于侧板内移动。锚杆穿过软胶片，两端连接于第一侧板组内硬片板上，并随硬片板的移动调整锚杆角度。钢管的两端连接于第二侧板组内的硬片板上，软胶片穿过滑槽连接于钢管上，所述钢管随着硬片板的移动调整角度，从而实现软胶片的角度调整。所述模具，通过在侧板上设置通孔，然后用硬片板封堵通孔，锚杆和钢管直接与硬片板连接，使得该模具封堵和防水效果均较好。同时，硬片板可移动设置于通孔内，施加外力移动硬片板，可以任意调节锚杆和钢管的角度，从而使得所制作的岩样包含任意锚固角和裂隙角，且包含多裂隙，实验结果更加准确。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明公开的制作加锚杆含裂隙岩样的模具结构拆装示意图。
图2为本发明公开的制作加锚杆含裂隙岩样的模具整体组合图。
图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
1-第一侧板组，2-第二侧板组，3-底板，31-角钢；32-楔块；4-锚杆；5-钢管；6-硬片板；7-软胶片；8-通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图2示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。
如图1-2所示的一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具，内部尺寸为40mm×80mm×160mm(高×宽×长)，面板厚度为10mm。该模具包括由一个底板3和四个侧板可拆卸固定连接围合而成的一个上部开口的框体以及锚杆4。具体的，相邻两侧板之间螺栓连接，底板3与侧板连接的四角处焊接有角钢31，侧板与角钢31螺栓连接，从而实现侧板与底板3的可拆卸固定连接，形成一个整体。底板3上还连接有用于卡住两个长侧板的两个对称设置的楔块32。角钢31和楔块32的设置，用于固定侧板和底板3，防止砂浆灌注过程中、插捣时上部结构脱离底板3。
该模具每一侧板上均成型有在侧板厚度方向上贯穿侧板的至少一个通孔8，每一通孔8内对应设置有一个用于封堵通孔8的硬片板6，硬片板6两端伸出侧板的端部，并于外力作用下于侧板内移动，即自通孔8两端至侧板两端开设有与通孔8尺寸相同、厚度小于侧板厚度的孔洞，硬片板6由孔洞伸出侧板两端。其中，硬片板6的长度不做要求，能够满足其两端均露出于侧板的两端，方便带动锚杆4或钢管5于侧板内移动即可。硬片板6的宽度要根据试验所用的锚杆4和钢管5的直径决定。如果试验中要实现锚杆4能在竖直面内倾斜，例如锚杆4的左端放在左长侧板的第一排通孔8内，右端放在右长侧板的第三排通孔8内，那么通孔8宽度要比锚杆4直径大。
四个侧板两两对称设置，分为第一侧板组1和第二侧板组2，第二侧板组2上通孔8位置高于第一侧板组1上通孔8位置设置。
该模具还包括与第二侧板组2上通孔8数量相对应的至少一个钢管5，该钢管5两端分别连接于第二侧板组2的硬片板6上，钢管5上设置有至少一个滑槽(未示出)，滑槽(未示出)内卡接软胶片7，通过移动硬片板6调整软胶片7的角度。锚杆4穿过软胶片7，两端分别连接于第一侧板组1上通孔8内的硬片板6上，并于硬片板6的带动下进行角度调节。锚杆4长度选择比第一侧板组1中相对侧板上的通孔8之间最长间距长2～4mm即可，避免不同锚固角度所需的锚杆4长度不一所带来的锚杆4的频繁更换，从而使得该模具的适用范围广。
具体的，锚杆4或钢管5与硬片板6的连接方式为硬片板6上打孔，锚杆4或钢管5直接穿过孔洞与硬片板6连接，从而实现与侧板的连接。采用硬片板6封堵侧板上成型的通孔8，代替现有技术中的于侧板上打小孔，可有效提高模具的防水性能，保证试件的和易性，保水性等，并且拉动硬片板6可以设置任意裂隙与锚固角度。其中，硬片板6为PVC硬片板，软胶片7为厚度0.2mm的PVC软胶片。
进一步的，第二侧板组2高度高于第一侧板组1，且第二侧板组2上的通孔8设置于第二侧板组2高于第一侧板组1的部分上。从而实现安装于第一侧板组1上的锚杆4能够穿过安装于第二侧板组2上的钢管5上固定的软胶片7所模拟的裂隙。
进一步的，第一侧板组1为长侧板组，第二侧板组2为短侧板组，长侧板组中每一侧板上的通孔8为横向设置、上下排列的三个，短侧板组中每一侧板上的通孔8为横向设置、上下排列的两个。通孔8的具体数量不做限制，可以根据不同的试验要求和试验所需的锚固角和裂隙角度进行通孔8数量的调整。长侧板组上通孔8为上下设置的三个，能够将锚杆4以一定的倾斜角度进行锚固，实现锚杆4垂直方向上的倾斜。短侧板组上通孔8为上下设置的两个，可实现预制裂隙角不同的双裂隙岩样。
进一步的，短侧板组中的两个短侧板分别嵌设于长侧板组的两端，短侧板与长侧板螺栓连接。具体的，两水平连接螺栓分别贯穿两短侧板，并穿过长侧板上成型的端部孔，用蝶母固定，从而将短侧板与长侧板固定在一起，防止在插捣过程中砂浆沿缝隙流出。
本发明还公开了一种使用上述模具制作岩样的方法，包括以下步骤：
步骤一：按实验要求预制四个带通孔8的侧板，连接四个侧板和底板3形成上部开口的框体，并于每一侧板的通孔8内安装硬片板6，并在硬片板6上打孔。
步骤二：在各个侧板内侧涂抹脱模剂，脱模剂优选凡士林。
步骤三：将锚杆4自长侧板组的其中一个侧板内的硬片板6插入，穿过软胶片7后，再插入长侧板组中另一侧板内的硬片板6上，通过抽动长侧板组中两个侧板上的硬片板6，调整实验所需的锚杆4角度。
步骤四：将预留滑槽的钢管5依次插入短边侧板组内的两个硬片板6中，再将软胶片7穿过滑槽固定于钢管5上，通过抽动短侧板组中两个侧板上的硬片板6，调整实验所需的裂隙角度。
步骤五：依据试验需要，确认锚固角、裂隙角达到要求。
步骤六：向模具中缓慢灌注经过配比后的砂浆材料，并于灌注过程中用抹刀进行插捣，之后密实震动90s，刮除模具上多余砂浆液，用抹刀将砂浆表面抹平。
步骤七：待试件初步成型后在室温下养护24h后卸下角钢31支座，拆下四块侧板取样，即可形成含锚杆4锚固的岩样进行试验。
综上所述，本发明公开的一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具包括由一个底板和四个侧板可拆卸固定连接围合而成的一个上部开口的框体、锚杆以及带滑槽的钢管。四个侧板两两对称设置，分为第一侧板组和第二侧板组，每一侧板上均成型有至少一个通孔，每一通孔内对应设置有一个用于封堵通孔的硬片板，硬片板两端伸出侧板的端部，并于外力作用下于侧板内移动。锚杆的两端连接于第一侧板组内硬片板上，并随硬片板的移动调整锚杆角度。钢管的两端连接与第二侧板组内的硬片板上，滑槽内设置有软胶片，钢管随着硬片板的移动调整角度，从而实现软胶片的角度调整。该模具通过在侧板上设置通孔，然后用硬片板封堵通孔，锚杆和钢管直接与硬片板连接，使得该模具封堵和防水效果均较好。同时，硬片板可移动设置于通孔内，施加外力移动硬片板，可以任意调节锚杆和钢管的角度，从而使得所制作的岩样包含任意锚固角和裂隙角，且包含多裂隙，实验结果更加准确。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具，包括由一个底板(3)和四个侧板可拆卸固定连接围合而成的一个上部开口的框体以及锚杆(4)，其特征在于，每一所述侧板上均成型有在侧板厚度方向上贯穿侧板的至少一个通孔(8)，每一所述通孔(8)内对应设置有一个用于封堵通孔(8)的硬片板(6)，自通孔(8)两端至侧板两端开设有与通孔（8）尺寸相同、厚度小于侧板厚度的孔洞，所述硬片板(6)两端伸出侧板的端部，
并于外力作用下于侧板内移动；四个侧板两两对称设置，分为第一侧板组(1)和第二侧板组(2)，第二侧板组(2)上通孔(8)位置高于第一侧板组(1)上通孔(8)位置设置；所述模具还包括至少一个钢管(5)，所述钢管(5)两端分别连接于第二侧板组(2)的硬片板(6)上，所述钢管(5)上设置有至少一个滑槽，所述滑槽内卡接软胶片(7)，通过移动硬片板(6)调整软胶片(7)的角度；所述锚杆(4)穿过软胶片(7)，两端分别连接于第一侧板组(1)上通孔(8)内的硬片板(6)上，并于硬片板(6)的带动下进行角度调节。
2.根据权利要求1所述的制作加锚杆含裂隙岩样的模具，其特征在于，第二侧板组(2)高度高于第一侧板组(1)，且第二侧板组(2)上的通孔(8)设置于第二侧板组(2)高于第一侧板组(1)的部分上。
3.根据权利要求2所述的制作加锚杆含裂隙岩样的模具，其特征在于，第一侧板组(1)为长侧板组，第二侧板组(2)为短侧板组，长侧板组中每一侧板上的通孔(8)为横向设置、上下排列的三个，短侧板组中每一侧板上的通孔(8)为横向设置、上下排列的两个。
4.根据权利要求3所述的制作加锚杆含裂隙岩样的模具，其特征在于，短侧板组中的两个短侧板分别嵌设于长侧板组的两端，短侧板与长侧板螺栓连接。
5.根据权利要求3所述的制作加锚杆含裂隙岩样的模具，其特征在于，所述底板(3)与侧板连接的四角处设置有角钢(31)，四个侧板通过角钢(31)与底板(3)可拆卸固定连接。
6.根据权利要求5所述的制作加锚杆含裂隙岩样的模具，其特征在于，所述底板(3)上连接有用于卡住长侧板的两个对称设置的楔块(32)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制作加锚杆含裂隙岩样的模具，其特征在于，硬片板(6)为PVC硬片板，软胶片(7)为PVC软胶片。
8.一种加锚杆含裂隙岩样的制作方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的模具，包括以下步骤：
步骤一：按实验要求预制四个带通孔(8)的侧板，连接四个侧板和底板(3)形成上部开口的框体，并于每一侧板的通孔(8)内安装硬片板(6)；
步骤二：在各个侧板和底板(3)内侧涂抹脱模剂；
步骤三：将锚杆(4)自长侧板组的其中一个侧板内的硬片板(6)插入，穿过软胶片(7)
后，再插入长侧板组中另一侧板内的硬片板(6)上，通过抽动长侧板组中两个侧板上的硬片板(6)，调整实验所需的锚杆(4)角度；
步骤四：将预留滑槽的钢管(5)依次插入短边侧板组内的两个硬片板(6)中，再将软胶片(7)穿过滑槽固定于钢管(5)上，通过抽动短侧板组中两个侧板上的硬片板(6)，调整实验所需的裂隙角度；
步骤五：依据试验需要，确认锚固角、裂隙角达到要求；
步骤六：向模具中缓慢灌注经过配比后的砂浆材料，并于灌注过程中用抹刀进行插捣，之后密实震动90s，刮除模具上多余砂浆液，用抹刀将砂浆表面抹平；
步骤七：待试件初步成型后在室温下养护24h后拆模，即可形成含锚杆(4)锚固的岩样进行试验。
9.根据权利要求8所述的加锚杆含裂隙岩样的制作方法，其特征在于，步骤二中所述的脱模剂为凡士林。
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