CN113933139B - 一种岩石相似材料制样模具和制样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种岩石相似材料制样模具和制样方法，包括：振动装置，提供竖向振动力；定型模板，下端与所述振动装置可拆卸连接；压盖，盖设在所述定型模板的顶部；固定套环，套设在所述定型模板的上部侧端。本发明能够有效解决模具制作的试样的均匀性，减少制样过程中的气泡，保证试样在试验过程中能够真实有效的反映相似材料的物理力学性质；能够保证制样过程中，使得两个面保持水平，使得加载过程中受力均匀，测出有效的试验参数；减少了在制样过程中的繁琐步骤，提高了时间效率。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域中的相似材料制样技术领域，具体涉及一种应用于岩石相似材料制作模具和制作方法，可应用于模型试验中相似材料的配置。
背景技术
在岩土工程中，模型试验是一种研究工程地质问题的重要手段，分析各种地质模型在复杂环境中的力学状态和力学关系。其中，相似材料的配置是模型试验中不可或缺的一环，相似材料需要通过配置，以确定各配比材料的组分，然后采用专门的模具使之成型，进而分析相似材料所制作样品的物理力学性质，根据模型试验的相似比，选择合适物理力学参数的相似材料配比。
然而，目前的相似材料制样模具主要考虑试样的成型问题，却未考虑相似材料试样的密实度、相似材料制作的试样内部材料的混合均匀性以及制作试样中的气泡给试样物理力学参数带来的影响。
在进行制样的过程中，通过利用目前已有的制样模具，发现制作的试样会出现很多气泡，这些气泡是由于制样过程中材料在模具中不能均匀分布导致的，并且在进行相关试验的测试中，相同类型试样参数的差异较大。
同时，为了开展单轴和剪切试验，需要人工对试样的上下面进行磨平修整，这不仅浪费时间，也不能保证磨面的水平度，进而会使在加载过程中不稳定，使得得出的试验数据不美观；
最后，人工制样过程中，需要对试样进行震荡、捣实、磨面，不仅浪费时间，同时也不能保持试验的精度。
发明内容
为了能够有效解决模具制作试样的均匀性，减少制样过程中的气泡，从而保证试样在试验过程中能够真实有效的反映相似材料的物理力学性质；为了能够保证制样过程中，使得两个面保持水平，以使加载过程中受力均匀，测出有效的试验参数；为了减少在制样过程中的繁琐步骤，本发明提供一种岩石相似材料制样模具和制样方法，用来解决以上技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种岩石相似材料制样模具，包括：
振动装置，提供竖向振动力；
定型模板，下端与所述振动装置可拆卸连接；
压盖，盖设在所述定型模板的顶部；
固定套环，套设在所述定型模板的上部侧端。
进一步的，所述振动装置包括小型振动台、振动凸台和试样底座，所述振动凸台连接在所述小型振动台的上表面，所述试样底座连接在所述振动凸台的上表面，所述小型振动台在竖向振动过程中带动所述振动凸台振动，进而带动所述试样底座振动。
进一步的，所述定型模板包括同轴依次连接的固定底座、主体模板固圈模板和上盖定位导向板，所述主体模板、所述固圈模板和所述上盖定位导向板的内部形成有容纳空间。
进一步的，所述压盖包括压力板、施力臂和下压凸台，所述施力臂对称连接在所述压力板的两侧，所述下压凸台连接在所述压力板的下表面，所述下压凸台适于在下压过程中进入所述上盖定位导向板的内部。
进一步的，所述振动凸台上设有均匀分布的固定下孔，所述固定底座上对应所述固定下孔的位置设有固定上孔，所述固定上孔与所述固定下孔之间螺纹连接有固定螺钉。
进一步的，所述固圈模板的外圆周直径小于所述主体模板的外圆周直径，所述固圈模板的外圆周适于与所述固定套环螺纹连接。
进一步的，所述上盖定位导向板设置为管状结构，所述上盖定位导向板的底部内表面设有限位凸台，所述限位凸台位于所述上盖定位导向板的最下端。
进一步的，所述下压凸台的高度等于所述上盖定位导向板的高度，当所述下压凸台套设在所述上盖定位导向板的内部时，所述下压凸台适于抵接在所述限位凸台上。
本发明还提供了一种如上述所述的岩石相似材料制样模具的制样方法，包括以下步骤：
S1：预先制备一定量的相似材料混合并充分搅拌：
S2：在主体模板和试样底座以及下压凸台上均匀涂抹凡士林；
S3：在固圈模板套上固定套环，进一步固定主体模板；
S4：开启振动装置；
S5：向主体模板内注入预先准备好的相似材料；
S6：待到模板内相似材料注满，盖上压盖并下压，然后注料，并继续挤压直到不能挤压为止；
S6：停止振动，脱模。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
1、该制样模具能够有效解决模具制作试样的不均匀性，减少制样过程中的气泡，从而保证试样在试验过程中能够真实有效的反映相似材料的物理力学性质；
2、该制样模具能够保证制样过程中，上下两个面保持水平，使加载过程中受力均匀，测出有效的试验参数；
3、岩石相似材料制样模具，结构简单，方便制作，减少在制样过程中的繁琐步骤，提高了时间效率。
附图说明
图1为本发明实施例中岩石相似材料制样模具的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中振动装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中定型模板的结构示意图；
图4为本发明实施例中压盖的结构示意图；
图5为本发明实施例中岩石相似材料制样模具的制样方法的流程示意图。
附图标记：
1-振动装置；11-小型振动台；12-振动凸台；13-固定下孔；14-试样底座；2-定型模板，21-固定上孔；22-固定底座；23-主体模板；24-固圈模板；25-上盖定位导向板；26-限位凸台；3-压盖；31-施力臂；32-下压凸台；33-压力板；4-固定螺钉；5-固定套环。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
目前，相似材料制样模具主要考虑试样的成型问题，却未考虑相似材料试样的密实度，未考虑相似材料制作的试样内部材料是否混合均匀性，也未考虑制作的试样中气泡给试样物理力学参数带来的影响。
在进行制样的过程中，通过利用目前已有的制样模具，发现制作的试样会出现很多气泡，这些气泡是由于制样过程中材料在模具中不能均匀分布导致的，在进行相关试验的测试时，相同类型的试样参数的差异较大；其次，为了开展单轴和剪切试验，需要人工对试样的上下面进行磨平修整，不仅浪费时间，同时也不能保证磨面水平，进而会使在加载过程中不稳定，使得得出的试验数据不美观；最后，人工制样过程中，需要对试样进行震荡、捣实、磨面，不仅浪费时间，同时也不能保持试验的精度。
为研究以上问题，如图1-4所示，本实施例提供一种岩石相似材料制样模具，包括：振动装置1、定型模板2、压盖3和固定套环5，其中：
振动装置1能过提供竖向振动力；
定型模板2的上下端具有开口，定型模板2的下端与振动装置1可拆卸连接；
压盖3盖设在定型模板2的顶部；
固定套环5套设在定型模板2的上部侧端。
由此，在本发明的实施例当中，通过提供一种岩石相似材料制样模具，能够有效解决模具制作的试样的均匀性，减少制样过程中的气泡，保证试样在试验过程中能够真实有效的反映相似材料的物理力学性质；能够保证制样过程中，使得两个面保持水平，使得加载过程中受力均匀，测出有效的试验参数；减少了在制样过程中的繁琐步骤，提高了时间效率。
具体地，请参阅图2所示，在本实施例当中，振动装置1包括小型振动台11、振动凸台12和试样底座14，振动凸台12连接在小型振动台11的上表面，试样底座14连接在振动凸台12的上表面，小型振动台11在竖向振动过程中带动振动凸台12震动，进而带动试样底座14震动。
由此，振动装置1用于给定型模板2提供震动的动力，通过震动，使模具制作的试样的均匀性，减少制样过程中的气泡。
具体地，请参阅图3所示，在本实施例当中，定型模板2包括同轴依次连接的固定底座22、主体模板23、固圈模板24和上盖定位导向板25，主体模板23、固圈模板24和上盖定位导向板25的内部形成有容纳空间。
由此，在本实施例中，固定底座22用于将定型模板2固定在振动装置1上，主体模板23作为容纳相似材料的主体，对试样起到侧面成型的作用；为了固定模具，防治在施加竖向向下的压力过程中，模具上部开裂或分开，导致试样尺寸偏大，无法开展后续测试试验，在固圈模板24的外表面套上固定套环5，对主体模板23起固定作用，避免主体模板23在相似材料挤压过程中开裂。
本实施例中，定型模板2分为三段，第一段和第二段为主体模板23和固圈模板24，主体模板23和固圈模板24的高度总和则为试样的高度，而第三段是上盖定位导向板25，上盖定位导向板25的高度不计入试样的高度，其主要是保证压盖3施压能够有向下移动的空间，从而能够对相似材料进行压实。
具体地，请参阅图4所示，在本实施例当中，压盖3包括压力板33、施力臂31和下压凸台32，施力臂31对称连接在压力板33的两侧，下压凸台32连接在压力板33的下表面，下压凸台32适于在下压过程中进入上盖定位导向板25的内部。
由此，施压的压盖3主要包括施力臂31、下压凸台32和压力板33，施力臂31下压过程进入上盖定位导向板25内，下压凸台32连接在压力板33上，压力板33主要是给下压凸台32施加力的作用。
具体地，请参阅图5所示，在本实施例当中，振动凸台12上设有均匀分布的固定下孔13，固定底座22上对应固定下孔13的位置设有固定上孔21，固定上孔21与固定下孔13之间螺纹连接有固定螺钉4。在本实施例当中，固定上孔21在定型模板2的最下侧，主要和固定下孔13一起将振动装置1和定型模板2固定起来，固定底座22将振动装置1和定型模板2固定起来，防止在振动过程中模板和下基座脱离影响制样。
由此，在本实施例当中，固定上孔21和固定下孔13的设置，有两个作用：一个是固定侧模板和底模板，另一个是防治在相似材料挤压过程中试样底座张开或脱落，使得制样的尺寸偏大。
具体地，请参阅图3所示，在本实施例当中，固圈模板24的外圆周直径小于主体模板23的外圆周直径，固圈模板24的外圆周适于与固定套环5螺纹连接。
具体地，请参阅图2所示，在本实施例当中，上盖定位导向板25设置为管状结构，上盖定位导向板25的底部内表面设有限位凸台26，限位凸台26位于上盖定位导向板25的最下端。
由此，这样设置的好处在于，上盖定位导向板25可在下盖过程中始终保持中心位置，一方面保证压力的均匀，另一方面保证上表面的均匀水平。
具体地，请参阅图2所示，在本实施例当中，下压凸台32的高度等于上盖定位导向板25的高度，当下压凸台32套设在上盖定位导向板25的内部时，下压凸台32适于抵接在限位凸台26上。
由此，这样设置的好处在于，限位凸台26是下压凸台32的极限固定位置，在下压过程中保证试样的尺寸要求，当下压凸台32套设在上盖定位导向板25的内部时，下压凸台32适于抵接在限位凸台26的上表面，可以使得试样尺寸刚好达到要求。
如图5所示，本发明的实施例还提供一种岩石相似材料制样模具的制样方法，所述制样方法包括如下步骤：
S1：预先制备一定量的相似材料混合并充分搅拌：
需要说明的是，相似材料的配置是模型试验中不可或缺的一环，相似材料需要通过配置以确定各配比材料的组分，然后采用专门的模具使之成型，进而分析相似材料所制作样品的物理力学性质，根据模型试验的相似比，选择合适物理力学参数的相似材料配比；
S2：在主体模板23和试样底座14以及下压凸台32上均匀涂抹凡士林；
在本实施例中，涂抹凡士林主要以便后期顺利脱模。
S3：在固圈模板24套上固定套环5，进一步固定主体模板23；
S4：开启振动装置1；
S5：向主体模板23内注入预先准备好的相似材料；
S6：待到模板内相似材料注满，盖上压盖3并下压，然后注料，并继续挤压直到不能挤压为止；
S6：停止振动，脱模。
由此，采用细砂-砾石-膨润土进行配比，配比后的材料不仅具有较大压缩系数，而且抗压强度与原状土相似，通过回填钻孔，可使分布式光纤传感器2与土体紧密耦合。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种岩石相似材料制样模具，其特征在于，包括：
振动装置(1)，提供竖向振动力；
所述振动装置(1)包括小型振动台(11)、振动凸台(12)和试样底座(14)，所述振动凸台(12)连接在所述小型振动台(11)的上表面，所述试样底座(14)连接在所述振动凸台(12)的上表面，所述小型振动台(11)在竖向振动过程中带动所述振动凸台(12)振动，进而带动所述试样底座(14)振动；
定型模板(2)，其上下端具有开口，所述定型模板(2)的下端与所述振动装置(1)可拆卸连接；
所述定型模板(2)包括同轴依次连接的固定底座(22)、主体模板(23)、固圈模板(24)和上盖定位导向板(25)，所述主体模板(23)、所述固圈模板(24)和所述上盖定位导向板(25)的内部形成有容纳空间；
所述上盖定位导向板(25)设置为管状结构，所述上盖定位导向板(25)的底部内表面设有限位凸台(26)，所述限位凸台(26)位于所述上盖定位导向板(25)的最下端；
压盖(3)，盖设在所述定型模板(2)的顶部；
所述压盖(3)包括压力板(33)、施力臂(31)和下压凸台(32)，所述施力臂(31)对称连接在所述压力板(33)的两侧，所述下压凸台(32)连接在所述压力板(33)的下表面，所述下压凸台(32)适于在下压过程中进入所述上盖定位导向板(25)的内部；
所述下压凸台(32)的高度等于所述上盖定位导向板(25)的高度，当所述下压凸台(32)套设在所述上盖定位导向板(25)的内部时，所述下压凸台(32)适于抵接在所述限位凸台(26)上；
固定套环(5)，套设在所述定型模板(2)的上部侧端。
2.根据权利要求1所述的岩石相似材料制样模具，其特征在于，所述振动凸台(12)上设有均匀分布的固定下孔(13)，所述固定底座(22)上对应所述固定下孔(13)的位置设有固定上孔(21)，所述固定上孔(21)与所述固定下孔(13)之间螺纹连接有固定螺钉(4)。
3.根据权利要求2所述的岩石相似材料制样模具，其特征在于，所述固圈模板(24)的外圆周直径小于所述主体模板(23)的外圆周直径，所述固圈模板(24)的外圆周适于与所述固定套环(5)螺纹连接。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的岩石相似材料制样模具的制样方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预先制备一定量的相似材料混合并充分搅拌：
S2：在主体模板(23)和试样底座(14)以及下压凸台(32)上均匀涂抹凡士林；
S3：在固圈模板(24)套上固定套环(5)，进一步固定主体模板(23)；
S4：开启振动装置(1)；
S5：向主体模板(23)内注入预先准备好的相似材料；
S6：待到模板内相似材料注满，盖上压盖(3)并下压，然后注料，并继续挤压直到不能挤压为止；
S6：停止振动，脱模。
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|---|
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