CN111207972A - 一种调节节理角度和位置的岩石试件制作模具及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种调节节理角度和位置的岩石试件制作模具及使用方法，包括可装拆的矩形模具槽，由钢板尺和定位滑动直杆组成的位置调节装置，内置有模片固定板的角度调节装置，采取材料为聚丙乙烯的模片，所述各部件通过自紧螺栓螺母等零件连接固定，拆模便捷，利于类岩石试件的制作。本发明可满足制作预制交叉节理的类岩石试样，可精确控制交叉节理的夹角角度和位置，有利于类岩石试件多样化节理形式的研究，且所得结果尺寸数据准确，制作方式简单，可重复使用，利于推广。

Description

一种调节节理角度和位置的岩石试件制作模具及使用方法

技术领域

本发明涉及岩石相似材料试验技术领域，特别是涉及一种调节节理角度和位置的岩石试件制作模具及其使用方法。

背景技术

在自然界中不存在完整形态的岩石，内部具有多种断续结构面。岩石系统为非连续性系统，它的不连续面结构面包括节理、断层、层理、褶皱等，各种结构面存在形式复杂多样，空间上平行或交叉。节理围岩随时间的流逝在外力作用下，节理裂隙产生开裂现象，裂纹产生、发展、连接、贯通，产生宏观的劈裂裂纹，直至围岩发生劈裂破坏。劈裂破坏的产生，使得围岩的整体性遭到破坏，丧失承载能力，甚至会发生洞室坍塌等一系列重大事故发生，对他人生命和财产造成巨大损失。因此，对于含各种形式裂隙岩体的研究具有十分重要的意义，众多研究者都采取用相关模具，制作含裂隙的类岩石试件来进行研究，故试验模具的设计成为制作含裂隙的类岩石试样的关键。

为了实现以上研究，目前出现了一些在浇筑试件前可以改变节理倾角和位置的模具，比如：中国专利申请号为201110422886.5公开的一种制作类岩石试块裂隙面的模具、2016010306759.1公开的制作半圆盘带裂隙面的类岩石试件的模具以及2016010517486.5公开制作含非贯通型裂隙的类岩石试样的模具，这三个文献公开的技术其改变节理角度的原理类似，都是通过模片在模具筒内绕筒轴线旋转实现的，但是都是针对单一节理的试件制作，无法做到有交叉节理试件的制作，使得模具的使用受到限制。所以如何在类岩石试件里精确地设置交叉裂隙面是目前有待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种调节节理角度和位置的岩石试件制作模具及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，可制作交叉节理并且可以精确控制交叉节理角度和位置，结构简单，精确可控，操作方便，可满足更为多样的节理样式，为更多试验方案提供需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种制作可变角度及位置的交叉节理类岩石试件的模具，包括一上部开口的矩形模具槽，横轴纵轴均可调节的位置调节装置，两个内壁预制模片夹板的角度调节装置，通过自紧螺栓，长杆螺栓，自紧螺母以及预制槽将上述各部件连接固定，有交叉角度的“X”形模片材料为聚丙乙烯材料。

所述上部开口的矩形模具分为固定底板、固定主侧板、固定副侧板、可动主侧板和可动副侧板，固定底板、固定主侧板和固定副侧板为一体结构，两固定侧板分别沿横轴和纵轴布置，自由端各预制两个螺栓通孔。可动主侧板一端预制两个螺栓通孔，另一端预制两个沿长度方向的螺纹孔槽，可动副侧板两端各预制两个沿长度方向的螺纹孔槽。通过自紧螺栓先后固定可动主侧板和可动副侧板。

所述位置调节装置由两个相互垂直的钢尺板和两个相互垂直的滑动定位直杆构成，两钢尺板分别预制在两固定侧板上，和固定侧板为一体结构，钢尺板上表面设置有标尺尺寸。

所述钢尺板和滑动定位直杆均预制长度、宽度相等的贯通厚度的矩形滑槽，横轴滑动定位直杆垂直放置于横轴钢尺板上，纵轴滑动定位直杆垂直放置于纵轴钢尺板上，使用两长杆螺栓先后通过直杆的滑槽和钢尺板的滑槽，当位置调节到设计需求时，使用两自紧螺母分别对两长杆螺栓固定。

所述滑动定位直杆通过一固定圆环相连，为一体结构，从而固定两直杆间的角度为直角。

所述固定圆环内壁预制有倒矩形圆形槽，用于固定角度调节装置。

所述角度调节装置由第一角度调节装置和第二角度调节装置构成，第一角度调节装置为半径稍大的圆环，圆环下端预制有圆形定位件，定位件卡在固定圆环的倒矩形圆形槽中，中间设置有第一阻尼环，为第一角度调节装置的转动提供摩阻力。第一角度调节装置圆环内壁上部同样预制倒矩形的圆形槽，用于固定第二角度调节装置。

所述第二角度调节装置为半径稍小的圆环，圆环下端预制有圆形定位件，定位件卡在第一角度调节装置的倒矩形圆形槽中，中间设置有第二阻尼环，为第二角度调节装置的转动提供摩阻力。

所述两个角度调节装置下部预制有两两一组的四组聚丙乙烯模片夹板，每个角度调节装置上的四片夹板要在同一直线方向上，两个角度调节装置上表面均设有半圆范围的角度标尺，要求标尺上“0°”方向要分别与自身模片夹板的方向垂直。

所述模片可以按照试验需要微调模片宽度，模片材料选用聚丙乙烯，可以按照试验需求使用单一模片，也可以使用“X”形的交叉模片。

所述“X”形交叉模片，制作时两模片各开一道沿长度方向从短边中点至矩形中心的裂缝，两模片通过两根裂缝交叉到一起，即可构成“X”形交叉节理的预制模片。

一种利用前述模具制作含交叉节理类岩石试件的方法，包括以下步骤：

1)使用自紧螺栓，通过螺栓通孔连接至螺纹孔槽，先后将可动主侧板和可动副侧板固定到固定模板上，将固定矩形槽组装完成。将角度调节装置组装完成；

2)模具组装完成后，开始制备所需的试件，试件整平后，将由固定圆环连接两相互垂直的滑动定位直杆放置于上表面，用长杆螺栓先后通过直杆和钢尺板的滑槽，实现角度调节装置在平面上沿横轴和纵轴的移动，当移动到试验需要位置时，用自紧螺母固定螺栓，从而固定在相应位置上；

3)如若制作单一节理的类岩石试件，可将两角度调节装置调至重叠，用于控制单一模片的角度，将单一聚丙乙烯模片插入试件中，从而形成裂隙面；

4)如若制作交叉节理的类岩石试件，首先预制好“X”形交叉聚丙乙烯模片，将两个角调节装置调节到试验需要的角度形式，将模片通过角度调节装置的内置夹板插入到试件当中，从而形成裂隙面；

5)最后试件养护完成，取下模片、自紧螺栓、长杆螺栓和自紧螺母，进行试件脱模。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

(1)本发明使用聚丙乙烯材料做预制裂隙模片，该材料为无色透明塑料材料，环保、易加工、尺寸可随意变换，尤其是便于制作“X”形交叉模片；

(2)本发明可按设计实现单条节理类岩石试件的制作，精确调整节理的位置、角度，也可以通过预制聚丙乙烯模片控制节理的深度、宽度；

(3)本发明可按设计实现交叉节理类岩石试件的制作，精确调节两交叉节理的夹角、位置，也可以通过预制聚丙乙烯模片控制节理的深度、宽度；

(4)本发明组装和拆模都极为便捷，并且设计巧妙，结构简单，装置新颖，可重复使用。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3是本发明固定模板的结构示意图；

图4是本发明位置调节装置及角度调节装置的结构示意图；

图5是本发明角度调节装置的局部剖面图；

图6是本发明交叉聚丙乙烯片的结构示意图；

图中：1固定模板，1a固定底板，1b固定主侧板，1c固定副侧板，2a可动主侧板，2b可动副侧板，3a纵轴钢尺板，3a-1第一标尺，3b横轴钢尺板，3b-1第二标尺，4a横轴滑动定位直杆，4b纵轴滑动定位直杆，4c角度调节装置固定环，5a第一角度调节装置，5a-1第一角度标尺，5a-2第一角度调节装置定位件，5b第二角度调节装置，5b-1第二角度标尺，5b-2第二角度调节装置定位件，6a第一模片夹板，6b第二模片夹板，7自紧螺栓，8长杆螺栓，9自紧螺母，10a第一阻尼环，10b第二阻尼环，11a第一聚丙乙烯模片，11b第二聚丙乙烯模片，12螺栓通孔，13螺纹孔槽，14矩形滑槽，15倒矩形圆形槽。

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。

本发明的目的是提供一种调节节理角度和位置的岩石试件制作模具及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，可制作交叉节理并且可以精确控制交叉节理角度和位置，结构简单，精确可控，操作方便，可满足更为多样的节理样式，为更多试验方案提供需求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

参阅图1所示，本发明调节节理角度和位置的岩石试件制作模具包括一上部开口的矩形模具槽，由固定模板1和可动侧板2组成，横轴纵轴均可调节的位置调节装置，由钢尺板3和滑动定位直杆4组成，两个内壁预制模片夹板6的角度调节装置5，通过自紧螺栓7，长杆螺栓8，自紧螺母9以及预制槽将上述各部件连接固定，有交叉角度的“X”形模片材料11为聚丙乙烯材料。

图2为图1的俯视图。

参阅图3所示，上部开口的矩形模具分为固定底板1a、固定主侧板1b、固定副侧板1c、可动主侧板2a和可动副侧板2b，固定底板1a、固定主侧板1b和固定副侧板1c为一体结构，两固定侧板2b和2c分别沿横轴和纵轴布置，自由端各预制两个螺栓通孔12。可动主侧板一端预制两个螺栓通孔12，另一端预制两个沿长度方向的螺纹孔槽13，可动副侧板两端各预制两个沿长度方向的螺纹孔槽13。通过自紧螺栓7先后固定可动主侧板和可动副侧板。

参阅图4所示，位置调节装置由两个相互垂直的纵轴钢尺板3a和横轴钢尺板3b、两个相互垂直的横轴滑动定位直杆4a和纵轴滑动定位直杆4b构成，两钢尺板分别预制在固定主侧板1b和固定副侧板1c上，和固定侧板为一体结构，两个钢尺板上表面分别设置有第一标尺3a-1和第二标尺3a-2。

参阅图4所示，钢尺板3和滑动定位直杆4均预制长度、宽度相等的贯通厚度的矩形滑槽14，横轴滑动定位直杆4a垂直放置于横轴钢尺板3b上，纵轴滑动定位直杆4b垂直放置于纵轴钢尺板3a上，使用两长杆螺栓8先后通过直杆的滑槽和钢尺板的滑槽，当位置调节到设计需求时，使用两自紧螺母9分别对两长杆螺栓8固定。两个滑动定位直杆通过一角度调节装置固定环4c相连，为一体结构，从而固定两直杆间的角度为直角。

参阅图5所示，角度调节装置固定圆环4c内壁预制有倒矩形圆形槽15，用于固定角度调节装置。角度调节装置由第一角度调节装置5a和第二角度调节装置5b构成，第一角度调节装置5a为半径稍大的圆环，圆环下端预制有第一角度调节装置定位件5a-2，定位件卡在固定圆环的倒矩形圆形槽15中，中间设置有第一阻尼环10a，为第一角度调节装置5a的转动提供摩阻力。第一角度调节装置5a圆环内壁上部同样预制倒矩形的圆形槽15，用于固定第二角度调节装置5b。

参阅图5所示第二角度调节装置5b为半径稍小的圆环，圆环下端预制有第二角度调节装置定位件5b-2，定位件卡在第一角度调节装置的倒矩形圆形槽15中，中间设置有第二阻尼环10b，为第二角度调节装置5b的转动提供摩阻力。

参阅图5所示两个角度调节装置下部预制有两两一组的四组聚丙乙烯模片夹板，分别为第一模片夹板6a和第二模片夹板6b，每个角度调节装置上的四片夹板要在同一直线方向上，两个角度调节装置上表面分别设有半圆范围的第一角度标尺5a-1和第二角度标尺5b-1，要求标尺上“0°”方向要分别与自身模片夹板的方向垂直。

参阅图6所示模片可以按照试验需要微调模片宽度，模片材料选用聚丙乙烯，可以按照试验需求使用单一模片，也可以使用“X”形的交叉模片。所述“X”形交叉模片，制作时第一聚丙烯模片11a和第二聚丙烯模片11b各开一道沿长度方向从短边中点至矩形中心的裂缝，两模片通过两根裂缝交叉到一起，即可构成“X”形交叉节理的预制模片。

使用本实施例的模具制作含交叉节理的类岩石试件，包括以下步骤：

①使用自紧螺栓7，通过螺栓通孔12连接至螺纹孔槽13，先后将可动主侧板2a和可动副侧板2b固定到固定模板1上，将固定矩形槽组装完成，将角度调节装置组装完成；

②模具组装完成后，开始制备所需的试件，试件整平后，将由固定圆环4c连接两相互垂直的滑动定位直杆放置于上表面，用长杆螺栓8先后通过直杆4和钢尺板3的滑槽12，实现角度调节装置在平面上沿横轴和纵轴的移动，当移动到试验需要位置时，用自紧螺母9固定螺栓8，从而固定在相应位置上；预制好“X”形交叉聚丙乙烯模片11，将两个角调节装置调节到试验需要的角度形式，将模片11通过角度调节装置的内置夹板插入到试件当中，从而形成裂隙面；

③最后试件养护完成，取下模片、自紧螺栓7、长杆螺栓8、自紧螺母9以及模片11，进行试件脱模，取出含交叉节理的类岩石试件。

实施例二：

实施例二与实施例一基本相同，同样是先组装矩形槽，制作类岩石试样，然后用位置调节装置和角度调节装置精确确定裂隙的位置和角度，与实施例一不同的是，本实施例预制单一节理的类岩石试样。参阅图5所示，将第二角度调整装置5b转到和第一角度调整装置5a尺寸度数重合的位置，此时四组模片夹板处于同一平面。只需一片聚丙乙烯模片11，其制作只考虑类岩石试件裂隙的尺寸，无需开槽组装。

使用本实施例所述模具制作含单一节理的类岩石试件，其步骤与实施例一基本相同，不同的是，无需再调节第二角度调节装置5b，只需将第一角度调节装置5a调整到试验需要的裂隙角度，然后将模片11通过夹板插入到试件中，从而形成裂隙面。最后试件养护完成，进行试件脱模，取出含所需节理的类岩石试件。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种调节节理角度和位置的岩石试件制作模具，其特征在于：包括上部开口的矩形模具槽、横轴纵轴均可调节的位置调节装置、两个内壁预制模片夹板的角度调节装置以及有交叉角度的聚丙乙烯模片，

所述矩形模具槽包括固定模板和侧板，所述位置调节装置包括横轴钢尺板、纵轴钢尺板、横轴滑动定位直杆和纵轴滑动定位直杆，所述固定模板包括一体构成的固定主侧板、固定副侧板和底板，四个侧板呈矩形连接布置在所述底板上；所述固定主侧板和固定副侧板上分别设置有所述横轴钢尺板和纵轴钢尺板，所述横轴滑动定位直杆和纵轴滑动定位直杆分别通过长杆螺栓可拆卸的固定在所述横轴钢尺板和纵轴钢尺板上；两根相互垂直的滑动定位直杆通过角度调节装置固定件相连，所述角度调节装置安装在所述角度调节装置固定件上，所述聚丙乙烯模片呈交叉形式安装在所述角度调节装置内。

2.根据权利要求1所述的调节节理角度和位置的岩石试件制作模具，其特征在于：所述侧板包括可拆动的可动主侧板和可动副侧板；底板的尺寸大于四个侧板围成的几何尺寸；所述固定主侧板沿底板的水平横轴方向布置，一端预留两个螺栓通孔，所述固定副侧板沿底板的竖直纵轴方向布置，一端与所述固定主侧板相连，另一端预留两个螺栓通孔；所述可动主侧板一端预留两个螺栓通孔，另一端沿板长度方向预制两个螺纹孔槽；所述可动副侧板两端各沿长度方向预制两个螺纹孔槽，两根自紧螺栓通过固定副侧板的螺栓通孔连接可动主侧板的螺纹孔槽，实现可动主侧板的固定；四根自紧螺栓分别通过固定主侧板和可动主侧板上的螺栓通孔，分别连接可动副侧板的螺纹孔槽，实现可动副侧板的固定。

3.根据权利要求2所述的调节节理角度和位置的岩石试件制作模具，其特征在于：所述固定主侧板上平面预制沿横轴方向的横轴钢尺板，沿横轴方向在钢尺板上开一贯穿深度的矩形滑槽；所述固定副侧板上平面预制沿纵轴方向的纵轴钢尺板，沿纵轴方向在钢尺板上开一贯穿深度的矩形滑槽，两钢尺板与两侧板为一体结构。

4.根据权利要求3所述的调节节理角度和位置的岩石试件制作模具，其特征在于：横轴滑动定位直杆沿竖直方向，垂直放置于横轴钢尺板上，纵轴滑动定位直杆沿水平方向，垂直放置于纵轴钢尺板上，两定位直杆上分别预制和两钢尺板上长度宽度均相等的矩形滑槽；两长杆螺栓先后通过直杆的滑槽和钢尺板的滑槽，当位置调节到设计需求时，使用两自紧螺母分别对两长杆螺栓固定；两根钢尺板与两根相互垂直的滑动定位直杆构成位置调节装置。

5.根据权利要求4所述的调节节理角度和位置的岩石试件制作模具，其特征在于：两滑动定位直杆和角度调节装置固定件为一体的刚性结构，所述角度调节装置固定件的内壁预制有倒矩形的圆形槽，所述圆形槽为角度调节装置的固定环。

6.根据权利要求5所述的调节节理角度和位置的岩石试件制作模具，其特征在于：所述角度调节装置固定件内壁的倒矩形圆形槽中放置有第一阻尼环，圆环形的第一角度调节装置的下端预制有圆形的定位件，定位件卡在放有第一阻尼环的倒矩形圆形槽中；第一角度调节装置圆环内壁上部同样预制倒矩形的圆形槽，下部预制有两两一组共两组的聚丙乙烯模片夹板，四片夹板位于同一直线上；第一角度调节装置上表面设有半圆范围的第一角度标尺，标尺的尺寸要求标尺上0°方向垂直于模片夹板的方向。

7.根据权利要求6所述的调节节理角度和位置的岩石试件制作模具，其特征在于：第一角度调节装置内壁的倒矩形圆形槽中，放置有第二阻尼环，半径小于第一角度调节装置的圆环形第二角度调节装置的下端预制有圆形的定位件，定位件卡在放有第二阻尼环的倒矩形圆形槽中；第二角度调节装置圆环内壁下部预制有两两一组共两组的聚丙乙烯模片夹板，四片夹板位于同一直线上；第二角度调节装置上表面设有半圆范围的第二角度标尺，标尺的尺寸要求标尺上0°方向垂直于模片夹板的方向。

8.根据权利要求7所述的调节节理角度和位置的岩石试件制作模具，其特征在于：第一角度调节装置的模片夹板可控制第一聚丙乙烯模片的角度，第二角度调节装置的模片夹板可控制第二聚丙乙烯片的角度，从而控制两模片的夹角满足设计要求；两模片各开一道沿长度方向从短边中点至矩形中心的裂缝，两模片通过两根裂缝交叉到一起，构成X形交叉节理的预制模片。

9.一种调节节理角度和位置的岩石试件制作模具的使用方法，应用于权利要求1-8中任一项所述的调节节理角度和位置的岩石试件制作模具，其特征在于，包括以下步骤：

1)使用自紧螺栓，通过螺栓通孔连接至螺纹孔槽，先后将可动主侧板和可动副侧板固定到固定模板上，将固定矩形槽组装完成，将角度调节装置组装完成；

2)模具组装完成后，开始制备所需的试件，试件整平后，将由固定圆环连接两相互垂直的滑动定位直杆放置于上表面，用长杆螺栓先后通过直杆和钢尺板的滑槽，实现角度调节装置在平面上沿横轴和纵轴的移动，当移动到试验需要位置时，用自紧螺母固定螺栓，从而固定在相应位置上；

3)如若制作单一节理的类岩石试件，可将两角度调节装置调至重叠，用于控制单一模片的角度，将单一聚丙乙烯模片插入试件中，从而形成裂隙面；

4)如若制作交叉节理的类岩石试件，首先预制好X形交叉聚丙乙烯模片，将两个角调节装置调节到试验需要的角度形式，将模片通过角度调节装置的内置夹板插入到试件当中，从而形成裂隙面；

5)最后试件养护完成，取下模片、自紧螺栓、长杆螺栓和自紧螺母，进行试件脱模。

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