CN111044339B - 一种用于复合结构体的单裂隙制作模具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在解决浇筑渗漏问题、解决在复合体的单裂隙试件预制裂隙长度、倾角问题。包括梯形凹槽定位底板、侧壁板、夹板和裂隙尺寸可控组件4部分组成，夹板底端设有梯形凸台自锁在梯形凹槽定位底板、侧壁板设有“U”凹槽，嵌入相应位置处的4个夹板，在水平方向大螺杆和大蝶形螺母定位夹板和侧壁板，在垂直方向小螺杆和小蝶形螺母定位梯形凹槽定位底板和侧壁板，使得模具密封性较好，解决渗漏问题。通过旋转裂隙旋转装置、调整T形薄钢片长度可精确调整裂隙倾角、长度。模具两侧的大螺杆作为提手为搬动试件提供方便。本发明的模具整体密封性好，防渗漏，拆卸和拼装简单，预制裂隙倾角和长度能精确控制可调节、在浇筑中稳定可靠，方便搬运的特点。

Description

一种用于复合结构体的单裂隙制作模具及其使用方法

技术领域

本发明涉及模具制作技术领域，更具体的说是涉及一种用于复合结构体的单裂隙制作模具及其使用方法。

背景技术

在大量的岩体工程中，发现存在具有一定岩石成分和性质差异的岩石相互接触，例如：矿岩接触带巷道、层状矿床采场顶板、复合充填体等，局部范围构成了典型的复合岩体，这些复合岩体的力学特性决定了其工程稳定性。

很多岩土工程的失稳和破坏都是由岩体内部裂隙的扩展和贯通诱发而造成，节理裂隙的力学性质和破裂特征通常决定了整个岩体的承载能力与断裂模式。因此，从微观上研究复合岩体中裂隙的扩展特征，对此，深入研究复合岩体裂隙的起裂扩展规律、含裂隙岩体的强度、破坏特征具有重要的工程意义。室外试验选取不同倾角接触面的复合原岩制做裂隙试件时，费用大、工期长、操作困难。使用模具制作不同倾角接触面下含裂隙的复合岩石试件费用低，速度快、易重复性和力学性质稳定。

目前含裂隙类岩石试件采用模具制作过程中存在不足之处如下：

1.浇筑带有贯通裂隙的复合试件较少，不少学者考虑单一岩体裂隙，针对不同倾角接触面下含裂隙的复合岩石裂隙试件的制作研究成果较少；

2.模具整体密封性差，在制作类岩石试件过程中，进行材料浇注、振捣夯实，模具中的夹板、侧壁板会发生跳动，使得连接处的缝隙中渗漏；

3.拆卸和拼装复杂，在制作类岩石试件过程中，同时考虑改变接触面倾角、裂隙的长度、倾角较少。

因此，如何提供一种制作不同倾角接触面下贯通裂隙的复合试件、模具整体密封性好、拆卸和拼装简单、能精确控制(复合结构体接触面倾角，裂隙倾角，裂隙长度)的单裂隙制作模具及其使用方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种制作贯通裂隙的复合结构体试件、模具整体密封性好、拆卸和拼装简单、能精确控制角度的用于制作试件装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于复合结构体的单裂隙制作模具，包括：梯形凹槽定位底板、侧壁板、夹板和裂隙尺寸可控组件；其中，所述侧壁板和所述夹板与所述梯形凹槽定位底板可拆卸连接；所述梯形凹槽定位底板上表面等间距的开设至少两个梯形凹槽；所述梯形凹槽沿水平方向从前端延伸至后端；所述夹板的底端设置有与所述梯形凹槽相匹配的梯形凸台；所述梯形凹槽与所述梯形凸台相适配；所述侧壁板包括两个，安装在所述梯形凹槽的两端，并且所述侧壁板内壁上开设有与所述夹板的前端相匹配的“U”型凹槽；所述裂隙尺寸可控组件与所述夹板卡接，并利用固定件将所述侧壁板进行可拆卸连接；所述裂隙尺寸可控组件由门形外框、界面分割横梁、界面分割薄钢片、裂隙旋转装置、T形薄钢片、不锈钢手柄式喉箍组成；所述界面分割横梁由并列的横梁和半圆柱空腔壳体构成；两个所述半圆柱空腔壳体构成阶梯圆柱空腔壳体；所述阶梯圆柱空腔壳体内安装所述裂隙旋转装置；所述界面分割横梁连接所述门形外框，所述界面分割横梁之间插入界面分割薄钢片；所述阶梯圆柱空腔壳体开设的阶梯圆柱空腔壳体凹槽放置所述裂隙旋转装置，并将T形薄钢片插入裂隙旋转装置中。

优选的，在上述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具中，所述梯形凹槽定位底板两端垂直于所述梯形凹槽的方向上开设有第一螺杆孔；所述第一螺杆孔贯穿所述梯形凹槽定位底板。

优选的，在上述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具中，所述侧壁板上均设置有至少两个第二螺杆孔；两个所述侧壁板的所述第二螺杆孔相对应设置。

优选的，在上述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具中，所述固定件包括第一螺杆、第二螺杆、第一螺母和第二螺母；所述第二螺杆穿过两个所述第二螺杆孔，并且两端利用所述第二螺母进行固定；所述第一螺杆穿过所述第二螺杆；所述第一螺杆一端旋入所述第一螺杆孔，另一端利用所述第一螺母固定。

优选的，在上述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具中，所述阶梯圆柱形空腔凹槽上端面刻指针；所述裂隙旋转装置上端面设刻度线，所述裂隙旋转装置在所述阶梯圆柱形空腔凹槽内任意角度旋转并使用不锈钢手柄式喉箍固定。

优选的，在上述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具中，所述界面分割横梁由间距0.5-1mm的两根横梁和两个半圆柱空腔壳体组成。

优选的，在上述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具中，两个所述半圆柱空腔壳体组成的圆柱空腔壳体是在其内壁自上向下半径增大的阶梯圆柱形空腔凹槽。

优选的，在上述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具中，所述裂隙旋转装置是横截面为外圆形内长方形的柱体结构。

优选的，在上述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具中，根据所述裂隙旋转装置的角度或更换所述T形薄钢片尺寸或改变横梁倾角得到不同裂隙倾角或者不同裂隙尺寸或不同倾角接触面的复合结构体的单裂隙试件。

一种制作复合结构体的单裂隙试件模具的使用方法，所述使用方法的步骤是：

步骤一、把裂隙尺寸可控组件卡在夹板外围两侧，将T形薄钢片插入裂隙旋转装置并放入阶梯圆柱空腔凹槽内，旋转裂隙旋转装置到设定角度，使用不锈钢手柄式喉箍将其固定；把界面分割薄钢片插入界面分割横梁之间，给模具涂脱模剂，进行浇筑；

步骤二、界面分割薄钢片分割成的相邻的两个空腔浇筑不同材料；当浇筑到与门形外框中心线平齐时，停止浇筑，开始使用振动台震动90秒，慢慢拔出界面分割薄钢片，取出门形外框、修补浇筑料表面，初凝时间后拔出T形薄钢片，并24小时后脱模放入养护箱养护28天，最后制得复合结构体的单裂隙试件；

步骤三、调整步骤一中裂隙旋转装置角度、改变横梁倾角或者更换T形薄钢片尺寸，重复步骤二，得到不同裂隙倾角、不同倾角接触面或者不同裂隙尺寸的复合结构体的单裂隙试件。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于复合结构体的单裂隙制作模具及其使用方法，复合结构体的单裂隙制作模具由梯形凹槽定位底板、侧壁板、夹板和裂隙尺寸可控组件4部分组成。其中在梯形凹槽定位底板、侧壁板、夹板之间形成放置浇注材料的3个空腔。在本发明通过第一螺杆和第一螺母固定、第二螺杆和第二螺母固定、4个梯形凸台通过自锁贯穿插入4个梯形凹槽内。通过这样的设置使得模具整体密封性较好，在制作试件过程中，进行材料浇注、振捣夯实，模具中的夹板、侧壁板不易跳动；而且使用蝶形螺母固定螺杆使得拆模方便灵活；同时左右两侧的大螺杆作为提手为搬动试件提供方便，丰富了复合结构体的单裂隙制作模具在部件连接处密封性及方便性研究成果。

进一步，裂隙尺寸可控组件卡在夹板外围两侧，在隙尺寸可控组件上设置界面分割横梁、在其横梁间隙位置插入界面分割薄钢片，确定界面分割线，进行不同材料浇注、振捣夯实，确保界面不移动，震动结束拔出界面分割薄钢片，通过这样设置制作复合试件，既能保证界面分割，又不会在震动夯实时候发生界面移动。

更进一步，通过将T形薄钢片插入裂隙旋转装置，将裂隙旋转装置放入圆柱空腔凹槽内，通过此设置，任意角度旋转隙旋转装置，并使用不锈钢手柄式喉箍固定；通过在裂隙旋转装置上端面制作角度刻度线，精确旋转裂隙倾角，通过调节T形薄钢片尺寸调节预制裂隙尺寸。最终使得预制裂隙拆卸和拼装简单，而且使得裂隙倾角精确可控，在制作类岩石试件过程中，同时考虑变化裂隙的长度、倾角，根据裂隙旋转装置的角度或更换T形薄钢片尺寸或改变横梁倾角得到不同裂隙倾角或者不同裂隙尺寸或不同倾角接触面的复合结构体的单裂隙试件，丰富了预制裂隙几何尺寸在复合试件制作模的试验研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1(a)为本发明的模具座正视图；

图1(b)为本发明的模具座侧视图；

图1(c)为本发明的模具座俯视图；

图2为本发明的梯形凹槽定位底板立体图；

图3为本发明的夹板立体图；

图4为本发明的侧壁板的立体图；

图5(a)为本发明的螺杆定位系统正视图；

图5(b)为本发明的螺杆定位系统侧视图；

图5(c)为本发明的螺杆定位系统俯视图；

图6(a)为本发明的裂隙尺寸可控组件正视图；

图6(b)为本发明的裂隙尺寸可控组件侧视图；

图6(c)为本发明的裂隙尺寸可控组件俯视图；

图7为本发明的界面分割薄钢片的立体图；

图8为本发明的T形薄钢片的立体图；

图9为本发明的裂隙旋转装置立体图；

图10为本发明的不锈钢手柄式喉箍结构图；

图11为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种用于复合结构体的单裂隙制作模具及使用方法，模具整体密封性好、拆卸和拼装简单、能精确控制角度在制作类岩石试件过程中，同时考虑改变复合结构体接触面倾角，裂隙的长度、倾角，丰富了复合结构体预制裂隙几何尺寸试验研究。

一种用于复合结构体的单裂隙制作模具。如图1、图5、图6所示，所述模具包括梯形凹槽定位底板、侧壁板、夹板和裂隙尺寸可控组件4部分组成，侧壁板和夹板可拆卸式固定在梯形凹槽定位底板之上，裂隙尺寸可控组件卡接在夹板外围两侧。

如图1(a)-(c)、图2、图5(a)-(c)所示，梯形凹槽定位底板1的结构是在其相对设置的端部各设一个第一螺杆孔4，并沿水平方向从左到右等距位置开挖4个梯形凹槽6，梯形凹槽6沿水平方向从其前端延伸至其后端。

如图1(a)-(c)、图3、图5(a)-(c)所示，夹板2的结构是在其底端设梯形凸台7。每个梯形凸台7通过贯穿相应位置处的4个梯形凹槽6，自锁固定于梯形凹槽6上面。

如图1(a)-(c)、图4、图5(a)-(c)所示，侧壁板3固定在梯形凹槽定位底板1前后，呈对称结构各有一个。每个侧壁板3在其相对设置的端部各设一个第二螺杆孔5，每个侧壁板3的内壁上设4个平行的“U”型凹槽8，“U”凹槽8沿侧壁板3的垂直方向从其顶端延伸至其底端。

如图6(a)-(c)、图7、图8、图9、图10所示，裂隙尺寸可控组件13卡入夹板2两侧。裂隙尺寸可控组件13由门形外框14、界面分割横梁15、界面分割薄钢片17、裂隙旋转装置19、T形薄钢片18、不锈钢手柄式喉箍20组成。界面分割横梁15由间距0.5-1mm的两根横梁和两个半圆柱空腔壳体组成。界面分割横梁15与夹板2平行；半圆柱空腔壳体是在其内壁自上向下挖去0.5倍半圆柱高，1.3倍内径的半空腔圆柱，形成一个阶梯圆柱形空腔凹槽16；裂隙旋转装置19是横截面为外圆形内长方形的柱体结构；界面分割横梁15连接门形外框，在界面分割横梁15之间插入界面分割薄钢片17；裂隙旋转装置19卡入阶梯圆柱形空腔凹槽16，将T形薄钢片18插入裂隙旋转装置19中。

如图3、图4所示，每个“U”凹槽8通过嵌入所述相应位置处的4个夹板2，每个夹板2垂直于侧壁板3。

如图1(a)-(c)、图5(a)-(c)所示，第二螺杆孔5插入第二螺杆11并拧紧第二螺母12，在垂直方向插入第一螺杆9并拧紧第一螺母10，其中第一螺杆9穿过第二螺杆11。

如图6(a)-(c)、图9、图10所示，阶梯圆柱形空腔凹槽16上端面刻指针21、在裂隙旋转装置19上端面设刻度线22，裂隙旋转装置19在圆柱形空腔凹槽16内任意旋转角度并使用不锈钢手柄式喉箍20固定。

在另一实施例中，界面分割横梁15与夹板2交叉，其余部分与上述实施例相同，此处不再赘述，改变界面分割横梁与夹板的角度得到不同倾角接触面下复合结构体的单裂隙试件。

一种制作复合结构体的单裂隙试件模具的使用方法，具体步骤如下：

步骤一、把裂隙尺寸可控组件13卡在夹板2外围两侧，将T形薄钢片18插入裂隙旋转装置19并放入阶梯圆柱空腔凹槽16内，旋转裂隙旋转装置19到设定角度，使用不锈钢手柄式喉箍20将其固定。然后把界面分割薄钢片17插入界面分割横梁15之间，给模具涂脱模剂，此时模具可浇筑3个试件，三个试件由界面分割薄钢片17分成6个小空腔；

步骤二、根据不同膏灰比、砂胶比、水灰比得到两种材料，分别向6个空腔浇筑相似材料；其中在界面分割薄钢片17两侧的小空腔内浇筑不同的材料，当浇筑到与门形外框14中心线平齐时，停止浇筑，开始使用振动台震动90秒，慢慢拔出界面分割薄钢片17，取出门形外框14、修补浇筑料表面，等过了初凝时间拔出T形薄钢片18。为保证脱模的完整性24小时后脱模放入养护箱养护28天，最后制得复合结构体的单裂隙试件21；

步骤三、调整步骤一中裂隙旋转装置19角度或者改变横梁角度或者更换T形薄钢片18尺寸，重复步骤一和二，得到不同裂隙倾角、不同接触面倾角、或者不同裂隙尺寸的复合结构体的单裂隙试件。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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或使用本发明。对这些实施例的多种修改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或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种用于复合结构体的单裂隙制作模具，其特征在于，包括：梯形凹槽定位底板、侧壁板、夹板和裂隙尺寸可控组件；其中，所述侧壁板和所述夹板与所述梯形凹槽定位底板可拆卸连接；所述梯形凹槽定位底板上表面等间距的开设至少两个梯形凹槽；所述梯形凹槽沿水平方向从前端延伸至后端；所述夹板的底端设置有与所述梯形凹槽相匹配的梯形凸台；所述梯形凹槽与所述梯形凸台相适配；所述侧壁板包括两个，安装在所述梯形凹槽的两端，并且所述侧壁板内壁上开设有与所述夹板的前端相匹配的“U”型凹槽；所述裂隙尺寸可控组件与所述夹板卡接，并利用固定件将所述侧壁板进行可拆卸连接；所述裂隙尺寸可控组件由门形外框、界面分割横梁、界面分割薄钢片、裂隙旋转装置、T形薄钢片、不锈钢手柄式喉箍组成；所述界面分割横梁由并列的两根横梁和两个半圆柱空腔壳体构成；两个所述半圆柱空腔壳体构成阶梯圆柱空腔壳体；所述阶梯圆柱空腔壳体内安装所述裂隙旋转装置；所述界面分割横梁连接所述门形外框，所述界面分割横梁之间插入界面分割薄钢片；所述阶梯圆柱空腔壳体开设的阶梯圆柱空腔壳体凹槽放置所述裂隙旋转装置，并将T形薄钢片插入裂隙旋转装置中；

根据所述裂隙旋转装置的角度或更换所述T形薄钢片尺寸或改变横梁倾角得到不同裂隙倾角或者不同裂隙尺寸或不同倾角接触面的复合结构体的单裂隙试件。

2.根据权利要求1所述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具，其特征在于，所述梯形凹槽定位底板两端垂直于所述梯形凹槽的方向上开设有第一螺杆孔；所述第一螺杆孔贯穿所述梯形凹槽定位底板。

3.根据权利要求2所述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具，其特征在于，所述侧壁板上均设置有至少两个第二螺杆孔；两个所述侧壁板的所述第二螺杆孔相对应设置。

4.根据权利要求3所述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具，其特征在于，所述固定件包括第一螺杆、第二螺杆、第一螺母和第二螺母；所述第二螺杆穿过两个所述第二螺杆孔，并且两端利用所述第二螺母进行固定；所述第一螺杆穿过所述第二螺杆；所述第一螺杆一端旋入所述第一螺杆孔，另一端利用所述第一螺母固定。

5.根据权利要求1所述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具，其特征在于，所述阶梯圆柱形空腔凹槽上端面刻指针；所述裂隙旋转装置上端面设刻度线，所述裂隙旋转装置在所述阶梯圆柱形空腔凹槽内进行任意角度旋转并使用不锈钢手柄式喉箍将所述裂隙旋转装置及所述阶梯圆柱形空腔凹槽固定。

6.根据权利要求1所述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具，其特征在于，所述并列的两根横梁的间距为0.5-1mm。

7.根据权利要求1或6所述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具，其特征在于，两个所述半圆柱空腔壳体组成的圆柱空腔壳体是在其内壁自上向下半径增大的阶梯圆柱形空腔凹槽。

8.根据权利要求1所述的一种用于复合结构体的单裂隙制作模具，其特征在于，所述裂隙旋转装置是横截面为外圆形内长方形的柱体结构。

9.一种用于复合结构体的单裂隙制作模具的使用方法，其特征在于，所述使用方法的步骤是：

步骤一、把裂隙尺寸可控组件卡在夹板外围两侧，将T形薄钢片插入裂隙旋转装置并放入阶梯圆柱空腔凹槽内，旋转裂隙旋转装置到设定角度，使用不锈钢手柄式喉箍将其固定；把界面分割薄钢片插入界面分割横梁之间，给模具涂脱模剂，对模具进行浇筑；

步骤二、界面分割薄钢片两侧的两个空腔浇筑不同的材料；当浇筑到与门形外框中心线平齐时，停止浇筑，开始使用振动台震动90秒，慢慢拔出界面分割薄钢片，取出门形外框、修补浇筑料表面，初凝时间后拔出T形薄钢片，并24小时后脱模放入养护箱养护28天，最后制得复合结构体的单裂隙试件；

步骤三、调整步骤一中裂隙旋转装置角度、改变横梁倾角或者更换T形薄钢片尺寸，重复步骤二，得到不同裂隙倾角、不同倾角接触面或者不同裂隙尺寸的复合结构体的单裂隙试件。

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