CN114894594A - 一种含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置及其应用方法，装置包括浇筑模具、定位装置、夹紧装置和压盒；浇筑模具为上下对称结构，包括下半壳体及其两端的下半封板，上半壳体及其两端的上半封板；定位装置包括试件夹具和其外壁对称可转动连接的定位片，试件夹具可拆卸固定于试件的长度方向中间位置，定位片沿浇筑模具的轴向布置，外端可搭接于下半封板上；夹紧装置为直线伸缩类装置，两套夹紧装置的外端可沿浇筑模具内壁周向滑动、内端分别顶紧于圆柱岩芯试件的端面中心位置；压盒为上下对称结构贴合套于浇筑模具外。能精确定位浇筑固定不同节理面角度、不同长度和不同形状的试件，防止试件因位置偏差影响直剪结果，提高试验精度。
Description
技术领域
本发明属于节理岩体直剪试验领域，具体为一种含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置及其应用方法。
背景技术
岩体是一种典型的天然地质体，经过上百万年甚至上亿年的地质历史作用形成。岩体具有非均质性、非连续性、各向异性等特性，岩体往往由完整的岩石块体和切割岩石块体的不连续地质构造(如断层，结构面，节理面，层理等)组成。节理面等弱面由于其极低的剪切强度，成为决定岩体工程整体稳定性的重要因素。
现常见的节理岩体直剪试验，试件的节理面和试件高度多呈90°，节理面和剪切面重合，试件多为加工的标准的长方体、正方体或圆柱体，节理面为人工切割形成，但在工程地质调查过程中，实际获得的岩芯多为非标准的圆柱体，节理面从0°～180°都有可能。很显然，常见的岩石力学直剪试验的岩体结构和节理面形式与地质调查情况存在较大的不同，所获得的试验结果很显然也有较大的差异。
针对工程地质调查所取岩芯的实际情况，现有的解决办法是将岩芯沿节理面分别浇筑在混凝土试件中，然后进行直剪试验，这种方法在浇筑混凝土固定试件的过程中，试件节理面的摆放位置会有偏差，且浇筑之后试件在混凝土中下沉，节理面也会偏离原来的位置，这样就导致在直剪实验中，试件不会完全沿着节理面破坏，导致试验结果出现偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可避免岩芯试件节理面摆放位置出现偏差的通用型浇筑固定装置及其应用方法，保证岩芯试件直剪试验结果的准确性。
本发明提供的这种含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，包括浇筑模具、定位装置、夹紧装置和压盒；浇筑模具包括圆柱形壳体和其两端的圆形封板，为上下对称结构，分别包括下半壳体及其两端的下半封板，上半壳体及其两端的上半封板；定位装置包括试件夹具和其外壁对称连接的定位片，定位片可相对试件夹具转动，试件夹具可拆卸固定于试件的长度方向中间位置，定位片沿浇筑模具的轴向布置，外端可搭接于下半封板上；夹紧装置为直线伸缩类装置，两套夹紧装置的外端可沿浇筑模具内壁周向滑动、内端分别顶紧于圆柱岩芯试件的两端面中心位置处；压盒为上下对称结构，贴合套于浇筑模具外。
上述装置的一种实施方式中，所述上半壳体和下半壳体内壁的长度方向中间位置处分别设置T形滑槽，T形滑槽中设置弧形滑块。
上述装置的一种实施方式中，所述下半封板与下半壳体之间、上半封板与上半壳体之间分别通过紧固件可拆卸固定。
上述装置的一种实施方式中，所述试件夹具为通过紧固件固定的对拼式抱箍。
上述装置的一种实施方式中，所述定位片的内端设置连接轴，所述试件夹具外壁在对应定位片连接位置处设置厚螺母，连接轴螺纹连接于厚螺母中。
上述装置的一种实施方式中，所述夹紧装置采用可多节伸缩的伸缩杆。
上述装置的一种实施方式中，所述伸缩杆的大杆径端固定于所述弧形滑块的中心位置处。
上述装置的一种实施方式中，所述压盒的外表各面均为平面。
本发明提供的这种上述装置精确浇筑固定含节理面圆柱岩芯的方法，包括以下步骤：
(1)将定位装置的试件夹具固定于试件长度方向的中间位置；
(2)将定位片与试件夹具螺纹连接，并将定位片转动至其底面与试件的节理面共面；
(3)分别将两伸缩杆焊接的弧形滑块分别推入上半壳体和下半壳体内壁的T形滑槽中，然后将上半壳体和下半壳体上、下扣合对正；
(4)在下半壳体的两端分别密封固定下半封板形成下部浇筑模具；
(5)将试件置于下部浇筑模具中，使定位片的外端搭接于下半封板上沿的中间位置，此时试件的节理面与下半壳体的拼接面共面；
(6)分别调整两伸缩杆连接的弧形滑块在相应T形滑槽中的位置，调整伸缩杆的长度使其端部顶紧于试件端面的中心位置；
(7)将定位装置拆卸；
(8)往下部浇筑模具中浇筑混凝土；
(9)待下部混凝土养护至设定强度后，在其上表面涂抹一层黄油或者凡士林，以便浇筑固定上部试件的混凝土且保留剪切面；
(10)在上半壳体的一端固定上半封板，并将前述步骤形成的整体件翻转90°，使上半壳体的未固定封板端朝上，以便于混凝土浇筑；
(11)浇筑混凝土，抹平上表面后固定上半封板；
(12)混凝土养护设定的时间，此时试件节理面与其外围混凝土的预制节理面共面；
(13)在上半壳体和下半壳体外套上压盒后即可进行直剪试验。
本发明的浇筑模具包括对称结构的上半壳体和下半壳体，上半壳体和下半壳体的两端分别可拆卸固定上半封板和下半封板，圆柱岩芯试件可通过定位装置的试件夹具及其连接的定位片实现精确定位，使试件的节理面与上半壳体和下半壳体上的拼接面重合。试件的节理面精确定位后，试件两端分别通过可沿上半壳体和下半壳体周向滑动的夹紧装置顶紧，保证试件的节理面可与后续浇筑的混凝土节理面精确重合，即保证试件节理面与剪切面重合，从而解决现有技术岩芯浇固过程中节理面无法精确对准剪切面的问题。试件夹具和定位片的设置，可保证试件节理面与上半壳体与下半壳体的拼接面重合，上半壳体和下半壳体的设置，便于下部和上部分开浇筑，分别固定节理面下方和上方的试件部分。定位装置的定位片可相对试件夹具转动，可定位不同角度节理面的试件。夹紧装置可直线伸缩，将试件的两端端面顶紧，可夹紧不同长度和不同形状的试件。简言之，本发明在节理岩芯试件的浇筑固定过程中，能够按照节理面的位置精确调整试件的位置并方便固定试件，能够固定并浇筑不同节理面角度、不同长度和不同形状的岩芯试件，防止试件摆放位置有偏差影响节理试件直剪的结果，提高节理岩芯直剪试验的精度。整个装置在试验完成后，各结构件之间可方便拆卸，重复使用定位、夹紧不同的岩芯试件。
附图说明
图1为本发明一个实施例的外形结构示意图。
图2为本实施例中固定非0°节理面试件的精确定位拆卸定位装置后的放大状态示意图。
图3为图2去掉上半壳体和上半封板但保留定位装置时的结构示意图。
图4本实施例中精确固定非0°节理面试件的状态示意图。
具体实施方式
结合图1至图3可以看出，本实施例公开的这种含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，包括浇筑模具1、定位装置2、夹紧装置3和压盒4。
浇筑模具1为上、下对称结构，包括下半壳体11、下半封板12、上半壳体13和上半封板14，上半壳体和下半壳体为板圆柱形，下半封板和上半封板为半圆形，下半封板与下半壳体之间、上半封板与上半壳体之间分别垫设橡胶密封板后通过螺栓连接固定，保证密封性。
上半壳体11和下半壳体13内壁的长度方向中间位置处分别设置T形滑槽15，T形滑槽中设置弧形滑块16。
定位装置2包括试件夹具21和定位片22，试件夹具21为通过螺栓螺母连接固定的对拼式抱箍，两抱箍本体外壁的中心位置处焊接固定一个厚螺母，定位片22的内端中心位置处设置连接轴，连接轴的末端与厚螺母螺纹连接，时使定位片可相对抱箍本体转动，以调整定位片的角度。
为便于简化配置及便于更换试件，本实施例的夹紧装置2采用可伸缩杆，可伸缩杆包括多节螺纹连接的节段，可通过节段的转动来实现其长度的调节。图中只示出了两端螺纹连接的杆段，其它实施例可根据需调节的长度设置更多节段。
两伸缩杆外端的大径段端部分别焊接于两弧形滑块16的中部，制作时将伸缩杆与弧形滑块先固定成整体件。
压盒4采用上下对称结构，分别套于浇筑模具的上部和下部，压盒的上半部分和下半部分的内壁为与浇筑模具外壁对应的弧面，外表各面均为平面，以便于与浇筑模具的贴合装配及便于进行直剪试验时的固定和加压。
本装置的装配及试件精确定位的过程如下：
(1)将定位装置的试件夹具固定于试件长度方向的中间位置，图2和图3中所示试件的节理面角度为非0°；
(2)将定位片与试件夹具螺纹连接，并将定位片转动至其底面与试件的节理面共面；
(3)分别将两伸缩杆焊接的弧形滑块分别推入上半壳体和下半壳体内壁的T形滑槽中，然后将上半壳体和下半壳体上、下扣合对正；
(4)在下半壳体的两端分别通过螺栓固定下半封板形成下部浇筑模具，为了保证密封性，在下半壳体端面和下半封板之间垫设橡胶密封垫；
(5)将试件置于下部浇筑模具中，使定位片的外端搭接于下半封板上沿的中间位置，此时试件的节理面与下半壳体的拼接面共面；
(6)分别调整两伸缩杆连接的弧形滑块在相应T形滑槽中的位置，调整伸缩杆的长度使其端部顶紧于试件端面的中心位置；
(7)将定位装置拆卸；
(8)往下部浇筑模具中浇筑混凝土；
(9)待下部混凝土养护至设定强度后，在其上表面涂抹一层黄油或者凡士林，以便浇筑固定上部试件的混凝土且保留剪切面；
(10)在上半壳体的一端固定上半封板，并将前述步骤形成的整体件翻转90°，使上半壳体的未固定封板端朝上，以便于混凝土浇筑；
(11)浇筑混凝土，抹平上表面后固定上半封板；
接下来进行养护，养护时间一般为28天。养护好后在浇筑模具外套上压盒，即可进行直剪试验。
本实施例的浇筑模具包括对称结构的上半壳体和下半壳体，上半壳体和下半壳体的两端分别可拆卸固定上半封板和下半封板，圆柱岩芯试件可通过定位装置的试件夹具及其连接的定位片实现精确定位，使试件的节理面与上半壳体和下半壳体上的拼接面重合。试件的节理面精确定位后，试件两端分别通过可沿上半壳体和下半壳体周向滑动的夹紧装置顶紧，保证试件的节理面可与后续浇筑的混凝土节理面精确重合，即保证试件节理面与剪切面重合，从而解决现有技术岩芯浇固过程中节理面无法精确对准剪切面的问题。试件夹具和定位片的设置，可保证试件节理面与上半壳体与下半壳体的拼接面重合，上半壳体和下半壳体的设置，便于下部和上部分开浇筑，分别固定节理面下方和上方的试件部分。定位装置的定位片可相对试件夹具转动，可定位不同角度节理面的试件。夹紧装置可直线伸缩，将试件的两端端面顶紧，可夹紧不同长度和不同形状的试件。简言之，本发明在节理岩芯试件的浇筑固定过程中，能够按照节理面的位置精确调整试件的位置并方便固定试件，能够固定并浇筑不同节理面角度、不同长度和不同形状的岩芯试件，防止试件摆放位置有偏差影响节理试件直剪的结果，提高节理岩芯直剪试验的精度。整个装置在试验完成后，各结构件之间可方便拆卸，重复使用定位、夹紧不同的岩芯试件。
本装置精确定位0°节理面试件时如图4所示。
Claims (9)
1.一种含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，其特征在于：
该装置包括浇筑模具、定位装置、夹紧装置和压盒；
浇筑模具包括圆柱形壳体和其两端的圆形封板，为上下对称结构，分别包括下半壳体及其两端的下半封板，上半壳体及其两端的上半封板；
定位装置包括试件夹具和其外壁对称连接的定位片，定位片可相对试件夹具转动，试件夹具可拆卸固定于试件的长度方向中间位置，定位片沿浇筑模具的轴向布置，外端可搭接于下半封板上；
夹紧装置为直线伸缩类装置，两套夹紧装置的外端可沿浇筑模具内壁周向滑动、内端分别顶紧于圆柱岩芯试件的两端面中心位置处；
压盒为上下对称结构，贴合套于浇筑模具外。
2.如权利要求1所述的含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，其特征在于：所述上半壳体和下半壳体内壁的长度方向中间位置处分别设置T形滑槽，T形滑槽中设置弧形滑块。
3.如权利要求2所述的含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，其特征在于：所述下半封板与下半壳体之间、上半封板与上半壳体之间分别通过紧固件可拆卸固定。
4.如权利要求1所述的含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，其特征在于：所述试件夹具为通过紧固件固定的对拼式抱箍。
5.如权利要求4所述的含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，其特征在于：所述定位片的内端设置连接轴，所述试件夹具外壁在对应定位片连接位置处设置厚螺母，连接轴螺纹连接于厚螺母中。
6.如权利要求2所述的含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，其特征在于：所述夹紧装置采用可多节伸缩的伸缩杆。
7.如权利要求6所述的含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，其特征在于：所述伸缩杆的大杆径端固定于所述弧形滑块的中心位置处。
8.如权利要求2所述的含节理面圆柱岩芯直剪试验的浇筑装置，其特征在于：所述压盒的外表各面均为平面。
9.一种利用权利要求7所述装置精确浇筑固定含节理面圆柱岩芯的方法，包括以下步骤：
(1)将定位装置的试件夹具固定于试件长度方向的中间位置；
(2)将定位片与试件夹具螺纹连接，并将定位片转动至其底面与试件的节理面共面；
(3)分别将两伸缩杆焊接的弧形滑块分别推入上半壳体和下半壳体内壁的T形滑槽中，然后将上半壳体和下半壳体上、下扣合对正；
(4)在下半壳体的两端分别密封固定下半封板形成下部浇筑模具；
(5)将试件置于下部浇筑模具中，使定位片的外端搭接于下半封板上沿的中间位置，此时试件的节理面与下半壳体的拼接面共面；
(6)分别调整两伸缩杆连接的弧形滑块在相应T形滑槽中的位置，调整伸缩杆的长度使其端部顶紧于试件端面的中心位置；
(7)将定位装置拆卸；
(8)往下部浇筑模具中浇筑混凝土；
(9)待下部混凝土养护至设定强度后，在其上表面涂抹一层黄油或者凡士林，以便浇筑固定上部试件的混凝土且保留剪切面；
(10)在上半壳体的一端固定上半封板，并将前述步骤形成的整体件翻转90°，使上半壳体的未固定封板端朝上，以便于混凝土浇筑；
(11)浇筑混凝土，抹平上表面后固定上半封板；
(12)混凝土养护设定的时间，此时试件节理面与其外围混凝土的预制节理面共面；
(13)在上半壳体和下半壳体外套上压盒后即可进行直剪试验。
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