CN110646273B - 一种用于制备岩土模型试验试件的模具及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备岩土模型试验试件的模具及制备方法，它解决了现有技术中制备试件的模具结构复杂、无法保证试件的均匀性和致密性的问题，具有有效保证制备试件的致密性，且能够有效方便后期脱模的有益效果，其方案如下：一种用于制备岩土模型试验试件的模具，包括用于填充试件相似材料的试件筒，试件筒内设有压板，压板与穿过试件筒一端面的推压杆连接，试件筒的另一端面敞口设置；模具支撑架，模具支撑架设于试件筒的周侧，且试件筒在外力作用下能够沿着模具支撑架内侧实现移动，且模具支撑架与推压杆可拆卸连接，实现推压杆插入至试件筒内的高度可调，以通过推压杆和压板对试件筒内试件相似材料的一侧起到振捣作用。

Description

一种用于制备岩土模型试验试件的模具及制备方法

技术领域

本发明涉及岩土工程、隧道工程领域，特别是涉及一种用于制备岩土模型试验试件的模具及制备方法。

背景技术

模型试验现已成为岩土工程、隧道工程等学科中常用的科研手段之一，而配备符合条件的试件相似材料是模型试验成功的重要基础，为了找到合适的材料配合比，需要制备不同材料配合比的试件进行抗压强度测试、弹性模量测试等各种物理力学性质测试。

试件通常是用细砂、碳酸钙、铁粉、石膏粉等材料作为骨料，用白水泥、氯化石蜡、凡士林、水玻璃等材料作为胶结剂，使用硅油等材料作为调节剂，按照一定的比例混合并搅拌均匀，再填入试件模具中夯实后脱模，并在常温的条件下进行养护后进行各项力学性质测试。

现阶段使用的试件模具存在以下不足：

其一，现有的柱状试件模具常采用两个半圆筒状侧壁由螺杆连接后固定在底板上的形式，这种形式的模具的拼装、脱模、清理工作繁琐，效率较低。且由于试件相似材料的骨料粒径较小，容易卡在螺杆中，导致螺牙磨损而使螺牙无法咬合，出现滑丝，影响模具的循环使用；

其二，现有的柱状试件模具在夯实试件相似材料后脱模困难，由于试件相似材料的组分中含有氯化石蜡、硅油等粘性较大的胶结剂或调节剂，试件相似材料在夯实后很容易粘附在模具侧壁，在脱模时极易出现试件边缘缺损的情况；

其三，现有的柱状试件模具只能对填入模具的试件相似材料进行单侧夯实，难以保证试件相似材料的均匀性、致密性；

其四，现有的柱状试件模具在对试件相似材料的夯实过程中，在振动的循环作用下，氯化石蜡、硅油等液态的胶结剂或调节剂会通过侧壁之间的缝隙渗漏，影响试件相似材料配比的准确性；

其五，现有的柱状试件模具脱模后需要人工夹持试件到试件养护室或实验仪器上，造成岩土试件的扰动，且在试件湿软的情况下，人工夹持试件极易造成试件的扭曲或变形。

其六，现有的柱状试件模具一般只能制备同一高度的试件，无法制备不同高度的试件。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于制备岩土模型试验试件的模具，有效解决传统柱状试件模具脱模时试件容易缺损、破坏的问题，同时避免了试件在脱模后的扰动及破坏，保证了试件的均匀性、致密性，避免了试件制备过程中液态胶结剂或调节剂的渗漏，保证试件相似材料配比的准确性，并可以满足不同高度试件的制备要求。本发明结构简单易操作，试件制备效率高，成本低。

一种用于制备岩土模型试验试件的模具的具体方案如下：

一种用于制备岩土模型试验试件的模具，包括：

用于填充试件相似材料的试件筒，试件筒内设有压板，压板与穿过试件筒一端面的推压杆连接，试件筒的另一端面敞口设置；

模具支撑架，模具支撑架设于试件筒的周侧，且试件筒在外力作用下能够沿着模具支撑架内侧实现移动，且模具支撑架与推压杆可拆卸连接，实现推压杆插入至试件筒内的高度可调，以通过推压杆和压板对试件筒内试件相似材料的一侧起到振捣作用。

上述模具，试件筒的一侧敞口用于加入试件相似材料，从该侧对试件相似材料的一侧进行振捣，试件筒内通过压板的设置，压板与推压杆连接，可对试件相似材料的另一侧进行振捣，这样有效保证试件的均匀性和致密性；推压杆相对于试件筒的高度可调，有效实现不同高度试件的制备，且试件筒为整体件，避免试件相似材料的渗漏。

进一步地，为了方便试件筒相对于模具支撑架的移动，所述试件筒的一端面固定有筒帽，筒帽包括与试件筒一端面平行设置的平板，平板开有用于所述推压杆穿过的开孔，平板通过连杆与试件筒连接，连杆设有多个，且多个连杆与试件筒端面垂直；

平板的尺寸小于试件筒端面的尺寸，且平板与试件筒的端面相互平行设置。

进一步地，为了简化结构，且方便通过筒帽带动试件的移动，所述模具支撑架包括至少两组支撑杆，两组支撑杆交叉连接设置，所述推压杆穿过支撑杆的连接处，且推压杆能够与支撑杆可拆卸连接，推压杆与支撑杆连接固定后，可方便筒帽带动试件移动，便于脱模，推压杆与支撑杆松开后，能实现试件高度的变化。

进一步地，所述支撑杆包括横杆和两根竖杆，竖杆设于所述试件筒的侧部，横杆设于两根竖杆的顶端且与竖杆顶端连接；横杆开有与所述推压杆连接的第一销钉孔，且试件筒的内侧面光滑，外侧设置用于限定竖杆的轨道，这样进一步方便了试件的脱模，两组支撑杆中，横杆交叉连接设置。

进一步地，所述推压杆沿着其长度方向开有若干销钉孔，第一销钉通过第一销钉孔和销钉孔实现推压杆与模具支撑架的固定连接，拆除第一销钉和后续的第二销钉后，推压杆可移动，进而实现推压杆带动压板相对于试件筒的移动。

进一步地，所述竖杆的底端安装有吸合件，吸合件可为吸盘，在需要脱模时，将吸盘与养护室内装置或实验仪器进行吸合，方便对试件的脱模。

进一步地，所述筒帽中平板开有用于所述推压杆连接的第二销钉孔，第二销钉通过第二销钉孔和销钉孔实现推压杆与筒帽的固连，在确定试件高度后，设置第二销钉，可根据试件的不同高度，来进行第二销钉孔与不同销钉孔的配合，拆除第二销钉后，第一销钉固定推压杆，在外力作用下可实现筒帽带动试件筒相对于模具支撑架的移动。

进一步地，所述试件筒为圆柱形状，所述压板的尺寸与所述试件筒内径尺寸相适应，压板为圆形板，压板的直径与试件筒的内径相同。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种用于制备岩土模型试验试件的制备方法，采用所述的一种用于制备岩土模型试验试件的模具，制备方法简单，易操作，有效保证制备试件的致密性，且能够有效方便后期脱模。

进一步地，制备方法包括如下内容：

按照要求的配合比，制备设定配比的试件相似材料并充分搅拌；

按照试件尺寸调整推压杆进入试件筒的长度，并固定推压杆的设置位置；

将模具倒置后，向试件筒内部加入制备好的试件相似材料并夯实；

将模具正立后松开推压杆，通过提拉下压推压杆对试件相似材料的另一侧进行夯实；

重复上述步骤，直至试件尺寸满足要求；

移动模具至养护室或实验仪器，相对模具支撑架提拉试件筒进行脱模。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过试件筒的设置，试件筒一端敞口设置，便于加入试件相似材料，再配合推压杆和压板的设置，便于从试件相似材料的两侧面对试件进行振捣夯实，有效保证试件的均匀性和致密性；试件筒为一体结构，有效解决了常规模具中氯化石蜡、硅油等液态的胶结剂或调节剂通过侧壁之间的缝隙渗漏问题，保证了试件制备的成功率和完整性，同时也保证了试件相似材料配比的准确性。

2)本发明通过模具支撑架的设置，不仅便于对推压杆的固定，对推压杆高度的调整，而且方便试件筒沿着模具支撑架的移动，解决了常规模具脱模后试件二次扰动的问题，有效避免试件的扰动与破坏，而且可实现在养护室或实验仪器处再进行脱模，保证试件的形态。

3)本发明通过推压杆的设置，推压杆相对于模具支撑架的高度可调，也就带动压板在试件筒内高度发生变化，从而可实现制备不同高度的试件，拓宽了模具的应用范围。

4)本发明通过整体结构的设置，试件筒为一体结构设置，避免现有技术中模具的拼装、脱模等复杂工序，结构简单易操作，模具可重复利用率高。

5)本发明通过制备方法的给出，采用聚四氟乙烯涂层作为脱模剂，便于制备完成的试件进行脱模，避免试件出现边缘缺损的情况。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例中模具的总体示意图；

图2是本发明实施例中模具的正视图；

图3是本发明实施例中模具支撑架俯视图；

图4是本发明实施例中试件筒俯视图；

图5是本发明实施例中试件筒正视图；

图6是本发明实施例中推压杆与压板的示意图。

其中：1.模具支撑架，2.试件筒，3.推压杆，4.压板，5.竖杆，6.横杆，7.试件相似材料，8.筒帽，9.真空吸盘，10.圆孔，11.通孔，12.螺栓孔，13.平板，14.第二销钉孔，15.第一销钉孔，16.支杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于制备岩土模型试验试件的模具，下面结合说明书附图，对本发明做进一步的阐述。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1和图2所示，一种用于制备岩土模型试验试件的模具，包括模具支撑架1、试件筒2、推压杆3、压板4，模具支撑架1用于限定试件筒2，且模型支撑架1高于试件筒2，以用于支撑推压杆3，试件筒2顶部设置筒帽8，筒帽8高于试件筒2设置，且筒帽8与试件筒2连接，试件筒2通过提拉筒帽8可以在支撑架1内竖向自由移动，压板4位于试件筒2内腔，压板4且与推压杆3焊接在一起。

其中，如图6所示，推压杆3每隔设定距离如一厘米设有销钉孔以满足不同高度试件制备的需要；

模具支撑架1包括至少两组支撑杆，两组支撑杆交叉连接设置，所述推压杆穿过支撑杆的连接处，本实施例中，选用两组支撑杆，这样模具支撑架1包括四根竖杆5和两根横杆6，竖杆5竖直设置于试件筒2的周侧，竖杆5底端设有真空吸盘9以保持脱模时试件的稳定，具体在竖杆5底端的侧部设置支杆16，支杆16与竖杆5垂直，真空吸盘9安装于支杆16，真空吸盘9通过螺栓固定于支杆16，这样在固定真空吸盘时，通过调整螺栓实现真空吸盘高度的调整；横杆6交叉布置在竖杆5顶端，如图3所示，两根横杆6交叉呈X型，一根横杆6通过螺栓连接两根竖杆5的顶端，横杆6交叉处竖向留有圆孔10，允许推压杆3穿过，横向留有第一销钉孔15，第一销钉穿过第一销钉孔和推压杆3的销钉孔后限制推压杆3的活动。

其中，试件筒2的内侧面光滑，外侧设置用于限定竖杆5移动的轨道，这样进一步方便了试件的脱模，在试件脱模过程中，试件筒2因轨道的设置，沿着竖杆5移动，试件筒2内壁在制备试件时，试件筒2的内壁涂有聚四氟乙烯涂层，聚四氟乙烯涂层与内腔的粘接强度高，不易磨损与脱落，并作为试件筒2内壁与试件相似材料7之间的隔离层。

另外，试件筒2为试件柱筒，用于制备圆柱形试件，试件筒2的底部开口，如图5所示，试件筒2的筒帽8设有第二销钉孔14，第二销钉穿过第二销钉孔、孔和推压杆3的销钉孔后固定推压杆3及压板4。

其中，筒帽8包括与试件筒2一端面平行设置的平板13，平板13开有用于所述推压杆3穿过的开孔，平板13通过连杆或螺栓与试件筒2连接，试件筒2端面开有螺栓孔12和用于推压杆3穿过的通孔11，如图4所示，连杆或螺栓设有多个，且多个连杆与试件筒2端面垂直；第二销钉孔14开于平板13。

其中，需要说明的是，第一销钉和第二销钉均为销钉，无区别，也可根据销钉孔的大小，来选择所适用的销钉。

实施例2

一种用于制备岩土模型试验试件的制备方法，采用实施例1所述的一种用于制备岩土模型试验试件的模具，包括如下内容：

步骤1：按照要求的配合比，制备设定配比的试件相似材料7并充分搅拌；

步骤2：按照试件尺寸要求调整推压杆3进入试件筒2的长度后，将第二销钉穿过筒帽8的第二销钉孔和推压杆3对应位置的销钉孔，第一销钉穿过模具支撑架横杆6的第一销钉孔和推压杆3对应位置的销钉孔；

步骤3：将模具倒置后向试件筒2内部加入搅拌好的试件相似材料7并充分夯实；

步骤4：将模具正立后取下所有销钉，通过提拉下压推压杆3对试件相似材料7另一侧进行夯实；

步骤5：重复步骤2-步骤4，直至试件尺寸满足要求；

步骤6：移动模具至养护室或实验仪器上，通过真空吸盘9将模具固定在试件存放位置，将第一销钉穿入模具支撑架横杆6的第一销钉孔和推压杆3对应位置的销钉孔后，对推压杆3进行固定，筒帽8相对于推压杆3是可移动的，提拉筒帽8即可完成脱模。

采用无缝光滑、且内表面涂有聚四氟乙烯涂层的试件筒2，使得制备的模型试验试件光滑圆润，并且有效避免试件相似材料在夯实后容易粘附在模具侧壁上的情况，通过推压杆3不同位置销钉孔的设置，可以同时实现多种高度试件的制备，推压杆3与压板4焊接在一起，通过振捣实现试件相似材料两个方向的夯实，保证了试件的均匀性和致密性，通过提拉筒帽8，且在压板4、模具支撑架1的配合下，使得脱模过程稳定可靠，且解决了常规模具脱模后试件二次扰动的问题，有效避免试件的扰动与破坏，保证了试件的精准度，并且有效避免在脱模时出现试件边缘缺损的情况，解决了常规模具中氯化石蜡、硅油等液态的胶结剂或调节剂通过侧壁之间的缝隙渗漏问题，保证了试件制备的成功率和完整性，同时也保证了试件相似材料配比的准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于制备岩土模型试验试件的模具，其特征在于，包括：

用于填充试件相似材料的试件筒，试件筒内设有压板，压板与穿过试件筒一端面的推压杆连接，试件筒的另一端面敞口设置；

模具支撑架，模具支撑架设于试件筒的周侧，且试件筒在外力作用下能够沿着模具支撑架内侧实现移动，且模具支撑架与推压杆可拆卸连接，实现推压杆插入至试件筒内的高度可调，以通过推压杆和压板对试件筒内试件相似材料的一侧起到振捣作用；

所述模具支撑架包括至少两组支撑杆，两组支撑杆交叉连接设置，所述推压杆穿过支撑杆的连接处，且推压杆能够与支撑杆可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备岩土模型试验试件的模具，其特征在于，所述试件筒的一端面固定有筒帽，筒帽包括与试件筒一端面平行设置的平板，平板开有用于所述推压杆穿过的开孔，平板通过连杆与试件筒连接；

平板的尺寸小于试件筒端面的尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种用于制备岩土模型试验试件的模具，其特征在于，所述支撑杆包括横杆和两根竖杆，竖杆设于所述试件筒的侧部，横杆设于两根竖杆的顶端且与竖杆顶端连接；横杆开有与所述推压杆连接的第一销钉孔。

4.根据权利要求1所述的一种用于制备岩土模型试验试件的模具，其特征在于，所述推压杆沿着其长度方向开有若干销钉孔。

5.根据权利要求3所述的一种用于制备岩土模型试验试件的模具，其特征在于，所述竖杆的底端安装有吸合件。

6.根据权利要求2所述的一种用于制备岩土模型试验试件的模具，其特征在于，所述筒帽中平板开有用于所述推压杆连接的第二销钉孔。

7.根据权利要求1所述的一种用于制备岩土模型试验试件的模具，其特征在于，所述试件筒为圆柱形状，所述压板的尺寸与所述试件筒内径尺寸相适应。

8.一种用于制备岩土模型试验试件的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的一种用于制备岩土模型试验试件的模具。

9.根据权利要求8所述的一种用于制备岩土模型试验试件的制备方法，其特征在于，包括如下内容：

步骤1：按照要求的配合比，制备设定配比的试件相似材料并充分搅拌；

步骤2：按照试件尺寸调整推压杆进入试件筒的长度，并固定推压杆的设置位置；

步骤3：将模具倒置后，向试件筒内部加入制备好的试件相似材料并夯实；

步骤4：将模具正立后松开推压杆，通过提拉下压推压杆对试件相似材料的另一侧进行夯实；

步骤5：重复上述步骤2-步骤4，直至试件尺寸满足要求；

步骤6：移动模具至养护室或实验仪器，相对模具支撑架提拉试件筒进行脱模。

Images