CN111006930A - 用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，包括底板、侧板、固定螺栓和填充条，所述侧板包括第一组合侧板和第二侧板。第一侧板上设有第一连接凹槽，第二侧板两端设有连接凸条。第一组合侧板和第二侧板插装在底板上的凹槽中，第一组合侧板和第二侧板之间通过连接凹槽和连接凸条相互插装连接，形成具有多个腔室的模具。通过调节第一组合侧板的第一侧板数量调节腔室的高度，通过调节第二侧板的插装数量和位置调节腔室的长度或宽度。各侧板之间、各侧板与底板之间均为可拆卸的插装连接方式。本发明的模具能满足不同尺寸的类岩体试件的制作，可更加高效和低成本地制作岩体尺寸效应研究所需的系列类岩体试件。

Description

用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作 模具

技术领域

本发明属于岩石力学领域，涉及用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具。

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，岩体由多种矿物颗粒组合而成，具有一定的离散性和非均质性。针对工程岩体类材料的开挖必然会对原岩造成扰动，进而影响地表建筑物的安全与稳定。在实际岩土工程建设之前，为保证施工安全，一般根据实际地质情况对相关工程进行模拟实验，从而认识和了解现场的地质情况。类岩体相似材料相似模拟试验是模拟宏观物理场运动和时空演变的重要手段，通过类岩体相似材料物理模型试验来模拟施工过程中岩体材料的物理力学性状，进而反推施工参数，这对于复杂地质工程安全与稳定具有重大意义。模型试验中，相似材料的力学性质的测试是检验材料是否合适的重要指标，一般使用模具浇筑相似材料制成试件进行力学参数测试。

岩体因赋存有不同规模的结构面而导致不同体积和大小的岩体结构不同，直观表现为各尺寸岩体的几何、力学等性质存在一定差别，构成了岩体性质的尺寸效应。岩体尺寸效应研究是模型试验研究的一项重要研究内容，不同尺寸的岩石块体内部存在的不同微弱面，导致不同尺寸的岩石试样力学特性和变形破坏模式差异巨大。关于岩体尺寸效应的研究从岩体几何或力学单方面进行，主要采用相似材料制造不同尺寸的岩石试样，针对材料力学特性等进行对比分析。目前用于岩体尺寸效应研究的类岩体相似材料浇筑模具存在以下不足之处：(1)模具与试件之间通常具有“专一性”，即一个模具只能制作一种特定尺寸的类岩体试件。而岩体尺寸效应研究中需要一系列尺寸不同或者尺寸相关的相似材料类岩体试件，对于不同尺寸试件的制作需要重新制作相应的模具，从而造成模具材料的大量耗费和浪费，增加制作成本，且操作复杂、费时费力，不利于制作效率的提高；(2)模具通常采用不方便拆卸或不能够拆卸的整体式结构，造成浇筑完成后试件脱模难度大，在脱模过程中易对试件产生不可修复的损伤，影响试件的精度，降低了试件的质量。(3)模具通常使用钢材制作，虽然钢材强度和刚度很大，容易满足浇筑要求，但模具不透明，不能观察到模具内类岩体相似材料在浇筑过程中的状态，不能发现浇筑过程中可能产生的气泡，不便于进行气泡处理而在类岩体试件中留下空隙，造成试件不同部位或者是不同批次的孔隙率差异，试件质量得不到保证，增加尺寸效应研究时的不可控制变量，从而影响类岩体试件力学性能测试的准确性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，解决现有技术针对不同尺寸的类岩体试件需要制作不同尺寸的模具，模具尺寸不可调以及不可灵活拆卸和组装的问题，采用同一模具满足不同尺寸的类岩体试件的制作，以更加高效和低成本地制作岩体尺寸效应研究所需的系列类岩体试件。

本发明提供的用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，包括底板、侧板、固定螺栓和填充条，所述侧板包括第一组合侧板和第二侧板；

所述第一组合侧板包括至少两块第一侧板，第一侧板的内侧面上的相同位置设有T形的第一连接凹槽，第一侧板的两端分别设有螺栓孔，相邻第一侧板的上端和下端接触组成平板状的第一组合侧板；

所述第二侧板的两端端面设有与第一连接凹槽匹配的呈T形的第一连接凸条；

所述底板上设有与第一侧板厚度匹配的第一凹槽，与第二侧板厚度匹配的第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽相互垂直并贯通；

所述填充条包括形状和尺寸与第一连接凹槽匹配的T形填充条和形状和尺寸与第二凹槽匹配的长方体形填充条；

所述第一组合侧板为两块，底板上的第一凹槽为两个且相互平行；所述第二侧板为至少三块，第一侧板上的第一连接凹槽为至少三个，底板上的第二凹槽为至少三个；两块第一组合侧板的下端分别插装于底板上的第一凹槽中，各第二侧板的下端分别插装于底板上的第二凹槽中，各第二侧板两端端面设置的第一连接凸条分别插装于两第一组合侧板的第一连接凹槽中，通过插装在两块第一组合侧板上的螺栓孔内的固定螺栓配合螺母将第一组合侧板和第二侧板固定为一体，形成具有多个腔室的模具；各侧板之间、各侧板与底板之间均为可拆卸的插装连接方式；

通过改变第一组合侧板的第一侧板的数量能调节第一组合侧板的高度，通过改变第二侧板的数量，并用T形填充条和长方体形填充条填充未插装第二侧板的第一连接凹槽和第二凹槽，能调节模具腔室的长度或宽度，以及数量。

上述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，进一步地，还包括连接件，所述第一侧板的两端端面设有第二连接凹槽，连接件上设有与两个第二连接凹槽匹配的第二连接凸条，连接件的两个第二连接凸条分别插入相邻两块第一侧板的第二连接凹槽中将相邻第一侧板连接成平板状的第一组合侧板。连接件的设计能提高第一组合侧板中第一侧板之间的连接的稳固性。

上述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，进一步地，连接件是横截面呈凹字形的槽体结构。凹字形槽体的两个突出的脚部即为所述第二连接凸条。

上述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，进一步地，第二侧板的高度≥第一组合侧板的高度。优选地，第二侧板的高度应等于不同数量的第一次侧板连接组合成第一组合侧板后的最大高度，从而形成不同高度的模具腔室。

上述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，进一步地，第一侧板上的第一连接凹槽相互平行，第一组合侧板插装在底板上之后，第一组合侧板与底板相互垂直，第二侧板插装在第一组合侧板和底板上之后，第二侧板与底板和第一组合侧板相互垂直。

上述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，进一步地，第一组合侧板、第二侧板、底板以及填充条均由透明板材制作。为了方便切割，可采用有机透明板材制作，例如，可采用聚甲基丙烯酸甲酯板材或聚碳酸酯板材制作。透明材质制作有助于在浇筑相似材料过程中观察气泡产生情况，从而及时处理，以减少或消除气泡，避免在制作的类岩体试件中留下孔隙影响试件质量。

上述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，进一步地，第一组合侧板、第二侧板以及底板的厚度在保证模具的力学结构稳固性的前提下尽量节省材料，优选的厚度至少为10mm。

本发明所述模具，在使用前通过以下方法进行插装组合成模具：

将第一侧板依次通过连接件连接成第一组合侧板，将第一侧板的下端分别插装到底板上的两个第一凹槽(在没有连接件情形下，将两块第一侧板下端插装到底板上的第一凹槽中)，将第二侧板两端面设置的第一连接凸条插装到第一组合侧板的第一连接凹槽中(在没有连接件情形下，将第二侧板的第一连接凸条插入各第一侧板的第一连接凹槽中，将第二侧板与第一组合侧板插装组合的同时，也将各第一侧板连接成一体，形成第一组合侧板)，将固定螺杆穿过第一组合侧板左右两端的对应螺栓孔中，配合螺母将第一组合侧板和第二侧板插装固定成一体。需要时，通过改变第一侧板的块数改变第一组合侧板的高度，通过改变第二侧板的块数，并用T字形填充条和长方体形填充条填充对应的未插装第二侧板的第一组合侧板的第一连接凹槽和底板的第二凹槽，来改变模具腔室的长度或宽度，以及高度，实现模具腔室三维尺寸的调节，以及腔室数量的调节。

将模具插装好后，可按照现有常规方法进行相似材料的浇筑制作类岩体试件。本发明所述模具的各侧板之间、各侧板与底板之间均为可拆卸的插装连接方式，试件制作完成后，依次拆除模具的第一组合侧板和第二侧板可方便取出类岩体试件。

与现有技术相比，本发明的技术方案产生了以下有益的技术效果：

1.本发明提供了一种用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，该模具可通过改变第一侧板的数量调节第一组合侧板的高度，通过改变第二侧板的数量调节模具腔室的长度或宽度，实现模具腔室三维尺寸和腔室数量的调节，在同一模具下完成不同三维尺寸的类岩体试件的快速制作，无需专门针对不同尺寸进行新的模具的制作，解决了现有技术在研究岩体尺寸效应时需要针对不同尺寸的类岩体试件需要制作不同尺寸的模具，模具尺寸不可调的问题，能够更加高效和低成本地制作岩体尺寸效应研究所需的系列类岩体试件。

2.本发明所述模具的各侧板之间、各侧板与底板之间均以可拆卸的插装连接方式，方便类岩体试件制作完成后取出，解决现有模具不可灵活拆卸和组装，脱模难度大，脱模过程中易对试件产生不可修复损伤的问题，不但方便了操作，而且可更好地保障类岩体试件的质量。

3.本发明所述模具中，由于底板、侧板均由透明材料制作，在浇筑相似材料制作类岩体试件过程中，可直接观察到模具中的气泡情况并及时处理，有利于减少因气泡造成的类岩体试件不同部位或者是不同批次制作的类岩体试件的孔隙率差异，从而减小类岩体试件力学性能的差异，提高类岩体试件的质量。

4.本发明所述模具的各侧板和底板均为长方体板材进行切割，在保证制作精度的前提下，加工难度明显降低，特别是当采用有机透明板材制作时，成本较低且切割方便，因而能有效降低模具的制作难度和成本。

5.本发明所述模具的各腔室之间相互独立，存在“互异性”，各试件在浇筑过程中相互间没有影响。并且模具的某一部件损坏，只用对该部件进行更换，可有效节约模具材料，降低成本。

附图说明

图1是本发明所述模具的立体结构示意图；

图2是本发明所述模具的第一组合侧板的结构示意图；

图3是本发明所述模具的第二侧板的结构示意图；

图4是本发明所述模具的T形填充条的结构示意图；

图5是本发明所述模具的底板和长方体形填充条的结构示意图；

图中，1—第一组合侧板、1-1—第一侧板、1-2—第一连接凹槽、1-3—螺栓孔、1-4—第二连接凹槽、2—T形填充条、3—长方体形填充条、4—第二侧板、4-1—第一连接凸条、5—连接件、6—固定螺栓、7—底板、7-1—第一凹槽、7-2—第二凹槽。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明所述尺寸可调的组装式相似材料类岩体试件制作模具做进一步说明。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，仍属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例中，所述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，由底板7、侧板、固定螺栓6以及填充条组成，所述侧板包括第一组合侧板1和第二侧板4。第一组合侧板、第二侧板、底板以及填充条均由透明板材制作，第一组合侧板、第二侧板以及底板的厚度为10mm。

所述第一组合侧板1为两块，每块第一组合侧板由三块第一侧板1-1组成，第一侧板的内侧面上的相同位置设有四个相互平行且等间距的T形的第一连接凹槽1-2，第一侧板的两端分别设有一个螺栓孔1-3，相邻第一侧板的上端和下端接触组成平板状的第一组合侧板1，各侧板上对应相同位置的第一连接凹槽则连接成一个更长的T形凹槽。

所述第二侧板4为四块，第二侧板两端端面设有与第一连接凹槽1-3匹配的呈T形的第一连接凸条4-1。第二侧板的高度等于三块第一侧板组合成第一组合侧板的高度。

所述底板7上设有与第一侧板厚度匹配的两个第一凹槽7-1，底板为长方形底板，两个第一凹槽位于底板上长度方向的两侧边缘，两个第一凹槽之间的底板上设有与第二侧板厚度匹配的四个第二凹槽7-2，第一凹槽7-1与第二凹槽7-2相互垂直并贯通，且四个第二凹槽相互平行，并与第一组合侧板上的第一连接凹槽的位置相对应。

所述填充条分为形状和尺寸与第一连接凹槽匹配的T形填充条2和形状和尺寸与第二凹槽7-2匹配的长方体形填充条3。

两块第一组合侧板的下端分别插装于底板上的第一凹槽7-1中，各第二侧板4的下端分别插装于底板上的第二凹槽7-2中，各第二侧板4两端端面设置的第一连接凸条4-1分别插装于两第一组合侧板的第一连接凹槽1-2中(第一连接凹槽和第一连接凸条的插装配合同时也将三块第一侧板连接成一体，即为第一组合侧板)，通过插装在两块第一组合侧板上的螺栓孔内的固定螺栓6配合螺母将第一组合侧板和第二侧板固定为一体，第一组合侧板插装在底板上之后，第一组合侧板与底板相互垂直，第二侧板插装在第一组合侧板和底板上之后，第二侧板与底板和第一组合侧板相互垂直，形成具有多个腔室的模具。各侧板之间、各侧板与底板之间均为可拆卸的插装连接方式。

通过改变第一组合侧板的第一侧板1-1的数量能调节第一组合侧板的高度，通过改变第二侧板4的数量，并用T形填充条2和长方体形填充条3填充未插装第二侧板的第一连接凹槽1-2和第二凹槽7-2，能调节模具腔室的长度和宽度，以及数量。

本实施所述模具各侧板之间、各侧板与底板之间均为可拆卸的插装连接方式，在需要使用时，按照以下方法进行插装组合成模具：

将两块第一侧板的下端分别插装到底板上的两个第一凹槽中，根据所需模具腔室的大小选择第二侧板的数量和插装位置，将第二侧板两端面设置的第一连接凸条插装到两块已经插装到底板上的第一侧板的第一连接凹槽中。根据模具的高度需要，选择一块或两块第一侧板分别于两块第一侧板上方与第二侧板插装连接，同时形成第一组合侧板。将固定螺杆穿过第一组合侧板左右两端的对应螺栓孔中，配合螺母将第一组合侧板和第二侧板插装固定成一体。用T字形填充条和长方体形填充条填充对应的未插装第二侧板的第一组合侧板的第一连接凹槽和底板的第二凹槽，得到所需腔室长度、宽度、高度和数量的模具。

将模具插装好后，可按照现有常规方法进行相似材料的浇筑制作类岩体试件。试件制作完成后，依次拆除模具的第一组合侧板和第二侧板可方便取出试件。

实施例2

本实施例中，所述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，与实施例1所述模具的结构基本相同，不同之处仅在于：

第一组合侧1板为五块第一侧板1-1组成，第一组合侧板的第一连接凹槽1-2为六个，对应的底板上的第二凹槽7-2为六个；

第一组合侧还包括连接件5，所述第一侧板的两端端面上下部分别设有一个第二连接凹槽1-4，连接件5为横截面呈凹字形的槽体结构，凹字形的两个凸出的脚部为连接件的两个与第二连接凹槽匹配的第二连接凸条，两个第二连接凸条分别插入相邻两块第一侧板的两个第二连接凹槽1-4中将相邻第一侧板连接成平板状的第一组合侧板。

第二侧板为六块。

本实施例所述模具相比实施例1的模具，第一侧板和第二侧板的数量增加，模具腔室的尺寸和数量可调范围更大，调节更为灵活。连接件的设置加强了第一组合侧板的稳固性。

本实施所述模具各侧板之间、各侧板与底板之间均为可拆卸的插装连接方式，在需要使用时，按照以下方法进行插装组合成模具：

根据所需模具腔室的高度，将对应块数的第一侧板通过连接件的第二连接凸条分别插入相邻两块第一侧板的两个第二连接凹槽中将各个第一侧板相互连接成平板状的第一组合侧板。将第一组合侧板的下端分别插入底板上的两个第一凹槽中。根据所需模具腔室的长度和宽度选择第二侧板的数量和插装位置，将第二侧板两端面设置的第一连接凸条插装到两块第组合侧板的第一连接凹槽中。将固定螺杆穿过第一组合侧板左右两端的对应螺栓孔中，配合螺母将第一组合侧板和第二侧板插装固定成一体。用T字形填充条和长方体形填充条填充对应的未插装第二侧板的第一组合侧板的第一连接凹槽和底板的第二凹槽，得到所需腔室长度、宽度、高度以及数量的模具。

将模具插装好后，可按照现有常规方法进行相似材料的浇筑制作类岩体试件。试件制作完成后，依次拆除模具的第一组合侧板和第二侧板可方便取出试件。

Claims (7)

1.用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，其特征在于，包括底板(7)、侧板、固定螺栓(6)，其特征在于，还包括填充条，所述侧板包括第一组合侧板(1)和第二侧板(4)；

所述第一组合侧板(1)包括至少两块第一侧板(1-1)，第一侧板的内侧面上的相同位置设有T形的第一连接凹槽(1-2)，第一侧板的两端分别设有螺栓孔(1-3)，相邻第一侧板的上端和下端接触组成平板状的第一组合侧板(1)；

所述第二侧板(4)的两端端面设有与第一连接凹槽(1-3)匹配的呈T形的第一连接凸条(4-1)；

所述底板(7)上设有与第一侧板厚度匹配的第一凹槽(7-1)，与第二侧板厚度匹配的第二凹槽(7-2)，第一凹槽(7-1)与第二凹槽(7-2)相互垂直并贯通；

所述填充条包括形状和尺寸与第一连接凹槽匹配的T形填充条(2)和形状和尺寸与第二凹槽(7-2)匹配的长方体形填充条(3)；

所述第一组合侧板为两块，底板上的第一凹槽(7-1)为两个且相互平行；所述第二侧板(4)为至少三块，第一侧板上的第一连接凹槽(1-3)为至少三个，底板上的第二凹槽(7-2)为至少三个；两块第一组合侧板的下端分别插装于底板上的第一凹槽(7-1)中，各第二侧板(4)的下端分别插装于底板上的第二凹槽(7-2)中，各第二侧板(4)两端端面设置的第一连接凸条(4-1)分别插装于两第一组合侧板的第一连接凹槽(1-2)中，通过插装在两块第一组合侧板上的螺栓孔内的固定螺栓(6)配合螺母将第一组合侧板和第二侧板固定为一体，形成具有多个腔室的模具；各侧板之间、各侧板与底板之间均为可拆卸的插装连接方式；

通过改变第一组合侧板的第一侧板(1-1)的数量能调节第一组合侧板的高度，通过改变第二侧板(4)的数量，并用T形填充条(2)和长方体形填充条(3)填充未插装第二侧板的第一连接凹槽(1-2)和第二凹槽(7-2)，能调节模具腔室的长度或宽度，以及数量。

2.根据权利要求1所述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，其特征在于，还包括连接件(5)，所述第一侧板的两端端面设有第二连接凹槽(1-4)，连接件(5)上设有与两个第二连接凹槽匹配的第二连接凸条，连接件的两个第二连接凸条分别插入相邻两块第一侧板的第二连接凹槽(1-4)中将相邻第一侧板连接成平板状的第一组合侧板。

3.根据权利要求2所述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，其特征在于，连接件(5)是横截面呈凹字形的槽体结构。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，其特征在于，第二侧板的高度≥第一组合侧板的高度。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，其特征在于，第一侧板上的第一连接凹槽相互平行，第一组合侧板插装在底板上之后，第一组合侧板与底板相互垂直，第二侧板插装在第一组合侧板和底板上之后，第二侧板与底板和第一组合侧板相互垂直。

6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，其特征在于，第一组合侧板、第二侧板、底板以及填充条均由透明板材制作。

7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述用于岩体尺寸效应研究的组装式相似材料类岩体试件制作模具，其特征在于，第一组合侧板、第二侧板以及底板的厚度至少为10mm。

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