CN114112600A - 一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，包括模具主体，在模具主体内安设有节理和隧道模拟装置，在节理和隧道模拟装置上安装有节理和隧道模拟装置的固定体系；所述隧道模拟装置的固定体系包括内底板和上顶板，在内底板和上顶板中部均设置有隧道卡口，在隧道卡口周围的内底板和上顶板上均设置有多个节理卡槽；所述节理和隧道模拟装置包括多个节理模型和位于节理模型中间的隧道模型，其中节理模型的上下两端分别嵌入到内底板和上顶板上对应的节理卡槽，隧道模型的上下两端分别嵌入到内底板和上顶板上的隧道卡口，本发明制备的试样尺寸更为准确，使制样过程更加省时省力，更为方便，大幅度的降低了使用者的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及岩体力学试验及类岩石材料技术领域，具体为一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具。
背景技术
随着城市轨道交通的快速发展，我国城市轨道交通、建筑工程、地下空间工程、桥梁隧道工程、矿产资源勘探开发、交通运输等工程大规模修建。岩体是这些土建工程中最为常见的复杂工程介质，其强度和变形特性对这些土木工程的建设起到至关重要的作用。例如，隧道开挖后其周围一定范围内的岩土体即围岩抵抗变形和破坏的性能将直接影响隧道整体的安全与稳定性。对岩体力学性质的深入研究能够正确引导工程实践，为保证工程项目的安全、稳定、经济、高效提供理论支撑和保障。
自然状态下的岩体内部分布有大量的节理与裂隙，这些节理与裂隙将岩体分割成不同的块体，使得岩体的性质发生很大改变。节理的存在使得岩体的破裂形式更具多样性和复杂性，也是岩体整体强度降低的最主要因素。
目前，对于含节理岩体的力学性质的研究，广大学者和研究人员采取的最主要的方式之一是进行直接剪切、三轴压缩、单轴压缩、巴西劈裂等基本物理力学试验。
由于岩石块体本身就具有不连续性、各向异性、不均匀性及脆性，这使得岩体材料的取样十分困难，人们难以获得完整性及力学性质不受扰动的岩体试样。
为了研究岩体的力学特性，在进行岩体物理力学试验时国内外广泛采用与自然岩体材料性质相近的类岩石材料替代自然岩体材料进行研究。通过制备类岩石材料的试件不仅可以节约人力物力，而且在试样制备过程中可以人为控制节理的尺寸及分布位置较为方便的获取符合研究要求的试样，来更直观的从不同角度了解节理对岩体强度的影响方式。
发明内容
为实现含节理的类岩石材料试样的高效制备，本发明的目的在于提供一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，以克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，包括模具主体，所述模具主体为容腔结构，在模具主体内安设有节理和隧道模拟装置，在节理和隧道模拟装置上安装有节理和隧道模拟装置的固定体系；
所述隧道模拟装置的固定体系包括内底板和上顶板，在内底板和上顶板中部均设置有隧道卡口，在隧道卡口周围的内底板和上顶板上均设置有多个节理卡槽；
所述节理和隧道模拟装置包括多个节理模型和位于节理模型中间的隧道模型，其中节理模型的上下两端分别嵌入到内底板和上顶板上对应的节理卡槽，隧道模型的上下两端分别嵌入到内底板和上顶板上的隧道卡口。
作为本发明的进一步方案：
所述模具主体包括底面板，位于底面板上方四周的两片侧面板和两片侧面板一；
所述侧面板的上、下沿边设置有翼板，在翼板两侧设置有圆形孔洞，在侧面板两侧沿边上设置有凸起；
所述侧面板一两侧上设置有与凸起位置对应的凹槽，凸起嵌入凹槽内实现侧面板和侧面板一的连接，在侧面板一两侧中部位置设置有对拉孔，在两块侧面板一对应的对拉孔之间设置有长螺栓实现侧面板一之间的对拉；
所述侧面板的翼板分别与底面板和上顶板对应，并通过短螺栓穿过对应圆形孔洞实现侧面板分别与底面板和上顶板连接；
通过侧面板和侧面板一的连接，以及侧面板分别与底面板和上顶板连接使得模具主体形成一个相对密封的容腔结构。
作为本发明的进一步方案：所述模具主体中板间连接处设置有一次性防水胶条，实现对可能渗漏的边角进行胶封。
作为本发明的进一步方案：所述位于节理卡槽之间的上顶板的板面设置为开口状，便于后续的材料通过上顶板浇筑。
作为本发明的进一步方案：所述内底板上的节理卡槽与上顶板上的对应的节理卡槽之间的位置关系为正对应或错位对应，便于调节两块板中节理卡槽间的倾斜角度以模拟岩体内节理面倾斜角度。
作为本发明的进一步方案：所述节理模型为条状钢片结构或边侧为齿状起伏状钢片结构，具有齿状起伏的节理模型来模拟具有起伏角度的节理。
作为本发明的进一步方案：所述隧道模型采用两端封闭的圆柱体钢管制作，以圆形断面的钢管模拟隧道断面是防止在较小尺寸中隧道原有近半圆形断面造成应力集中，增大后续物理试验的误差。
作为本发明的进一步方案：所述节理模型顶部设置有圆形孔，以方便脱模时拔出节理模型。
作为本发明的进一步方案：所述内底板的下底面上设置有多条钢肋以方便脱模时内底板从模具主体中取出，所述钢肋位置与内底板上的节理卡槽位置错位。
本技术方案中分为模具主体、节理和隧道模拟装置、节理和隧道模拟装置的固定体系三部分。三部分主体即可组装成主体又可以完全独立。整个模具装配完成，进行材料浇筑前，将模具底板四周使用胶条进行密封，其中模具上下、左右均可开通独立，方便试样浇筑以外还可以通过打开各立面连接螺栓的方式拆除四周各面模具，解决了脱模过程中因试样重量过大而无法倒立脱模的问题；模具的尺寸和形状根据所需浇筑试样的大小和尺寸决定；短螺栓使用规格为M4.0的螺栓及配套螺母。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使制备的试样尺寸更为准确，使制样过程更加省时省力，更为方便。该模型与以往同尺寸类岩石材料试样制备模型相比，大幅度的降低了使用者的工作量，例如，该新模型将钢片提前固定，在浇筑完水泥砂浆或石膏等类岩石材料后，无需再人工依次插入所有钢片，既避免了人工插入钢片时的尺寸偏差，也防止在钢片插入过程中钢片的弯曲变形还可节省人力及时间。此外，因为制模材料为普通钢材，在现有设备条件的基础上可实现快速制备和生产，模具制备充足后可进行快速高效的试样生产。利用这种模具制作的试件，表面光滑，节理大小一致、排列整齐，能更好的控制试件内节理单一影响因素的改变，通过控制单一变量的原则，更准确的研究节理起伏角度、节理倾斜角度、节理连通率等因素对含节理岩体力学特性的影响。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为图1的细部拆分图；
图3为本发明中模具主体的细部拆分图；
图4为本发明中节理和隧道模拟装置的固定体系的细部拆分图；
图5为本发明中节理和隧道模拟装置的细部拆分图；
图6为本发明中节理倾斜角度示意图；
图7为本发明中节理起伏角度示意图。
图中：4、侧面板；5、侧面板一；6、长螺栓；7、底面板；8、凸起；9、圆形螺栓孔；10、凹槽；11、短螺栓；12、内底板；13、上顶板；14、隧道卡口；15、钢肋；16、节理卡槽；17、节理模型；18、隧道模型；19、圆形孔；20、一次性防水胶条。
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。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，
包括模具主体，所述模具主体包括底面板7，位于底面板7上方四周的两片侧面板4和两片侧面板一5；所述侧面板4的上、下沿边设置有翼板，在翼板两侧设置有圆形孔洞9，在侧面板4两侧沿边上设置有凸起8；所述侧面板一5两侧上设置有与凸起8位置对应的凹槽10，凸起8嵌入凹槽10内实现侧面板4和侧面板一5的连接，在侧面板一5两侧中部位置设置有对拉孔，在两块侧面板一5对应的对拉孔之间设置有长螺栓6实现侧面板一5之间的对拉；所述侧面板4的翼板分别与底面板7和上顶板13对应，并通过短螺栓11穿过对应圆形孔洞9实现侧面板4分别与底面板7和上顶板13连接；通过侧面板4和侧面板一5的连接，以及侧面板4分别与底面板7和上顶板13连接使得模具主体形成一个相对密封的容腔结构；所述模具主体中板间连接处设置有一次性防水胶条20，实现对可能渗漏的边角进行胶封。
在模具主体内安设有节理和隧道模拟装置，在节理和隧道模拟装置上安装有节理和隧道模拟装置的固定体系。
所述隧道模拟装置的固定体系包括内底板12和上顶板13，在内底板12和上顶板13中部均设置有隧道卡口14，在隧道卡口14周围的内底板12和上顶板13上均设置有多个节理卡槽16；所述位于节理卡槽16之间的上顶板13的板面设置为开口状，便于后续的材料通过上顶板13浇筑；所述内底板12上的节理卡槽16与上顶板13上的对应的节理卡槽16之间的位置关系为正对应或错位对应，便于调节两块板中节理卡槽16间的倾斜角度以模拟岩体内节理面倾斜角度；所述内底板12的下底面上设置有多条钢肋15以方便脱模时内底板12从模具主体中取出，所述钢肋15位置与内底板12上的节理卡槽16位置错位。
所述节理和隧道模拟装置包括多个节理模型17和位于节理模型17中间的隧道模型18，其中节理模型17的上下两端分别嵌入到内底板12和上顶板13上对应的节理卡槽16，隧道模型18的上下两端分别嵌入到内底板12和上顶板13上的隧道卡口14；所述节理模型17为条状钢片结构或边侧为齿状起伏状钢片结构，具有齿状起伏的节理模型17来模拟具有起伏角度的节理；所述节理模型17顶部设置有圆形孔19，以方便脱模时拔出节理模型17；所述隧道模型18采用两端封闭的圆柱体钢管制作，以圆形断面的钢管模拟隧道断面是防止在较小尺寸中隧道原有近半圆形断面造成应力集中，增大后续物理试验的误差。
具体制作及使用时
本实施例模具包括模具主体，节理和隧道模拟装置的固定体系和节理和隧道模拟装置。模具主体内置节理和隧道模拟装置的固定体系，节理和隧道固定体系内设置节理和隧道模拟装置。
模具主体包括两片侧面板4，两片侧面板一5，两个长螺栓6，和底面板7。
侧面板4左右双侧分别制有两个凸起8，上下两侧分别开设两个圆形孔洞9；侧面板一5开有四个凹槽10和两个圆形螺栓孔9；底面板7四角开有四个圆形螺栓孔9；
组合模具主体时，两片侧面板4与两片侧面板一5通过凸起8和凹槽10连接，并使用两个长螺栓6进行固定，再将其通过四个圆形螺栓孔9利用四个短螺栓11与底面板7整合。
节理和隧道模拟装置的固定体系由内底板12和上顶板13构成，内底板12直接置入模具主体中，上顶板13通过四个圆形螺栓孔9使用四个短螺栓11与模具主体1的两片侧面板4进行连接。
内底板12开设一个隧道卡口14固定隧道模拟装置，板底焊接四条钢肋15以方便内底板12从模具主体1中取出，依据所要模拟的节理的尺寸及排列方式开设多个节理卡槽16以固定节理模拟装置。
上顶板13四角开设四个圆形螺栓孔9，与内底板12中的孔洞相对应，上顶板13的板面内也设一个隧道卡口14和多个节理卡槽16以固定节理模拟装置。切掉除固定节理所需的必要部分以外的板面，使上顶板13有足够大的空隙以完成后续的材料浇筑过程。需要说明的是上面板13上的隧道卡口14及节理卡槽16的孔洞位置和内底板12开设的隧道卡口14及节理卡槽16的孔洞位置及大小应一一对齐。
节理和隧道模拟装置3由多条钢片制作的节理模型17和两端封闭的圆柱体钢管制作的隧道模型18组成。各个节理模型17顶端开设圆形孔19，以方便脱模时拔出钢片。隧道模型18两端封闭是防止试样浇筑过程中材料灌入管中造成不便。模具整体组装完成后，用一次性防水胶条20对可能渗漏的边角进行胶封。
此外，需要指出的是以圆形断面的钢管模拟隧道断面是防止在较小尺寸中隧道原有近半圆形断面造成应力集中，增大后续物理试验的误差。
所述模具的内底板12和上顶板13可以用于固定内部模拟节理的钢片即节理模型17，通过更换内底板12和上顶板13及配套的节理模型17，通过调节两块板中节理卡槽间的倾斜角度以模拟岩体内节理面倾斜角度。此外，该固定系统还可以更换具有齿状起伏的节理模型17来模拟具有起伏角度的节理。节理面倾斜角度、起伏角度如图6-7所示。
本实施例使用流程：利用该模具制备含有节理和隧道模型的过程中先将模具主体1和节理和隧道模拟装置的固定体系进行组装，组合模具主体1时，两片侧面板4与两片侧面板一5通过凸起8和凹槽10连接，并使用两个长螺栓6进行固定，再将其通过四个圆形螺栓孔9利用四个短螺栓11与底面板7整合。上述拼装完成后将模具主体1的所有内表面均匀涂抹润滑油或脱模剂。
组装节理和隧道模拟装置的固定体系时，底板12涂抹润滑油或脱模剂，并置入模具主体1中，上顶板13通过四个圆形螺栓孔9使用四个短螺栓11与模具主体1的两片侧面板4进行连接。
然后将节理模型17和隧道模型18表面涂抹润滑油或脱模剂并垂直插入节理卡槽16和隧道卡口14内。模具整体组装完成后，使用一次性防水胶条20对可能渗漏的边角进行胶封。然后浇筑水泥砂浆或石膏等类岩石材料。然后养护至试样达到初凝状态具有一定强度后进行拆模。拆模时先将节理模型17和隧道模型18抽出，然后依次打开上顶板13上的短螺栓11，模型主体1的长螺栓6，底面板7上的短螺栓11。然后撕掉一次性防水胶条20，拆开模型主体两个侧面板4和两个侧面板一5，然后挪动试样，试样制作完成。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，包括模具主体，其特征在于：
所述模具主体为容腔结构，在模具主体内安设有节理和隧道模拟装置，在节理和隧道模拟装置上安装有节理和隧道模拟装置的固定体系；
所述隧道模拟装置的固定体系包括内底板(12)和上顶板(13)，在内底板(12)和上顶板(13)中部均设置有隧道卡口(14)，在隧道卡口(14)周围的内底板(12)和上顶板(13)上均设置有多个节理卡槽(16)；
所述节理和隧道模拟装置包括多个节理模型(17)和位于节理模型(17)中间的隧道模型(18)，其中节理模型(17)的上下两端分别嵌入到内底板(12)和上顶板(13)上对应的节理卡槽(16)，隧道模型(18)的上下两端分别嵌入到内底板(12)和上顶板(13)上的隧道卡口(14)。
2.根据权利要求1所述一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，其特征在于：
所述模具主体包括底面板(7)，位于底面板(7)上方四周的两片侧面板(4)和两片侧面板一(5)；
所述侧面板(4)的上、下沿边设置有翼板，在翼板两侧设置有圆形孔洞(9)，在侧面板(4)两侧沿边上设置有凸起(8)；
所述侧面板一(5)两侧上设置有与凸起(8)位置对应的凹槽(10)，凸起(8)嵌入凹槽(10)内实现侧面板(4)和侧面板一(5)的连接，在侧面板一(5)两侧中部位置设置有对拉孔，在两块侧面板一(5)对应的对拉孔之间设置有长螺栓(6)实现侧面板一(5)之间的对拉；
所述侧面板(4)的翼板分别与底面板(7)和上顶板(13)对应，并通过短螺栓(11)穿过对应圆形孔洞(9)实现侧面板(4)分别与底面板(7)和上顶板(13)连接；
通过侧面板(4)和侧面板一(5)的连接，以及侧面板(4)分别与底面板(7)和上顶板(13)连接使得模具主体形成一个相对密封的容腔结构。
3.根据权利要求2所述一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，其特征在于：所述模具主体中板间连接处设置有一次性防水胶条(20)，实现对可能渗漏的边角进行胶封。
4.根据权利要求1所述一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，其特征在于：所述位于节理卡槽(16)之间的上顶板(13)的板面设置为开口状，便于后续的材料通过上顶板(13)浇筑。
5.根据权利要求1所述一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，其特征在于：所述内底板(12)上的节理卡槽(16)与上顶板(13)上的对应的节理卡槽(16)之间的位置关系为正对应或错位对应，便于调节两块板中节理卡槽(16)间的倾斜角度以模拟岩体内节理面倾斜角度。
6.根据权利要求1所述一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，其特征在于：所述节理模型(17)为条状钢片结构或边侧为齿状起伏状钢片结构，具有齿状起伏的节理模型(17)来模拟具有起伏角度的节理。
7.根据权利要求1所述一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，其特征在于：所述隧道模型(18)采用两端封闭的圆柱体钢管制作，以圆形断面的钢管模拟隧道断面是防止在较小尺寸中隧道原有近半圆形断面造成应力集中，增大后续物理试验的误差。
8.根据权利要求1所述一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，其特征在于：所述节理模型(17)顶部设置有圆形孔(19)，以方便脱模时拔出节理模型(17)。
9.根据权利要求1所述一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具，其特征在于：所述内底板(12)的下底面上设置有多条钢肋(15)以方便脱模时内底板(12)从模具主体中取出，所述钢肋(15)位置与内底板(12)上的节理卡槽(16)位置错位。
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|---|---|
| CN114112600B (zh) | 2024-02-06 |
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