CN103196717A - 一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，该模具包括底座、侧板、隔板、夹具、双头螺栓及带帽螺栓，侧板设有2个，分别位于底座的前后两侧，2个侧板之间通过双头螺栓连接，侧板的内侧设有凹形榫槽，隔板设有3个，3个隔板分别通过凹形榫槽连接在2个侧板之间，每个侧板上分别设有2个圆形齿轮状孔槽，每个圆形齿轮状孔槽分别位于两个相邻的隔板之间，夹具分别设在圆形齿轮状孔槽内，带帽螺栓分别贯穿双头螺栓并与底座连接。与现有技术相比，本发明结构简单、易于加工、拆装方便快捷，且预制裂隙定位准确、裂隙类型种类多样，提高了含预制裂隙的类岩石试样制备效率和精度。

Description

一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具

技术领域

本发明属于岩石力学领域，具体涉及能调节预制裂隙角度、长度、厚度等尺寸参数的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具。

背景技术

随着我国岩土工程的大规模建设，研究岩体裂隙扩展及其破坏的机理是非常重要的。由于天然岩石试样结构复杂，试样中裂隙尺寸不易获取、方位难以确定，很难通过真实的岩石试样对裂隙的力学行为进行规律性研究，因此广泛采用的是类岩石试样如陶瓷、石膏、水泥砂浆等相似材料，通过在试样中预制一定形态的裂隙来进行研究。由于预制裂隙的定位较为复杂繁琐，在振捣过程中常常导致预制裂隙错位，达不到预想效果，且裂隙的预制角度、厚度等参数的多变而复杂，含预制裂隙的类岩石试样制作非常困难。已有的模具结构复杂、拆装模具过程繁琐、预制裂隙定位不准确，给试样制作过程带来了很大的不便，而且均没有考虑制作含充填物的预制裂隙。为了解决该问题，亟需提供一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具。

申请号为200910013928.2的中国专利介绍了一种用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法，裂隙定位采用铁丝做的托架固定。该模具无法直接调节裂隙角度，在试样浇筑和振捣过程中预制裂隙无定位装置，易发生错位，精度低。

申请号为201110422886.5的中国专利介绍了一种用于制作类岩石试块裂隙面的模具，利用滑槽、钢片定位杆、量角器、滑杆和钢片等进行预制裂隙的制作。该模具裂隙定位装置复杂，组装和拆模过程繁琐，且无法制作含充填物的预制裂隙。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、成本低、操作方便、精度高的能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，该模具包括底座、侧板、隔板、夹具、双头螺栓及带帽螺栓，所述的侧板设有2个，分别位于底座的前后两侧，2个侧板之间通过双头螺栓连接，所述的侧板的内侧设有凹形榫槽，所述的隔板设有3个，3个隔板分别通过凹形榫槽连接在2个侧板之间，每个侧板上分别设有2个圆形齿轮状孔槽，每个圆形齿轮状孔槽分别位于两个相邻的隔板之间，所述的夹具分别设在圆形齿轮状孔槽内，所述的带帽螺栓分别贯穿双头螺栓并与底座连接。该模具一次可制备两块试样。

每个侧板由上半侧板及下半侧板组合而成，上半侧板的下边缘处开设有2个半圆形齿轮状孔槽，下半侧板的上边缘处开设有2个半圆形齿轮状孔槽，上半侧板与下半侧板组合连接时，分别位于上半侧板及下半侧板上的半圆形齿轮状孔槽组合形成圆形齿轮状孔槽。

位于底座前后两侧的2个上半侧板的两端均开设有螺栓孔，2个上半侧板的两端分别通过2根双头螺栓连接，位于底座前后两侧的2个下半侧板的两端均开设有螺栓孔，2个下半侧板的两端分别通过2根双头螺栓连接。

所述的圆形齿轮状孔槽的内侧为光滑曲面，圆形齿轮状孔槽的外侧为齿轮状结构，即呈内大外小状。

所述的夹具呈圆形齿轮状，其形状与侧板上的圆形齿轮状孔槽对应，每个夹具由上半夹具和下半夹具组合而成，上半夹具和下半夹具的直径边缘处均开设有一个矩形宽槽，该矩形宽槽内填塞有一块橡胶垫块。

所述的橡胶垫块可更换。

通过夹具与圆形齿轮状孔槽的齿轮状结构之间的配合，夹具在圆形齿轮状孔槽中可呈不同角度设置，上半夹具和下半夹具内的两个橡胶垫块之间缝隙的方向随夹具位置的改变而改变。利用上半夹具和下半夹具的橡胶垫块加紧裂隙填充材料如云母片、石蜡片、钢片等，通过改变橡胶垫块的形状来调节充填裂隙的厚度、宽度等尺寸参数。通过夹具在侧板圆形齿轮状孔槽的位置来调节预制裂隙的角度。

所述的夹具相邻齿轮间的角度为15°。

所述的底座的中间位置设有两个高于四周的平台，两个平台之间形成一个凹形榫槽，用于固定隔板，3个隔板通过底座和侧板上的凹形榫槽插至在两个侧板中间，使底座、侧板、隔板紧密的固定在一起，两个平台分别位于相邻2个隔板及2个侧板构成的两个空间内，且相邻2个隔板及2个侧板构成的空间的底面积与平台的面积相同。

所述的双头螺栓的中部开设有孔槽，所述的底座的两端开设有螺栓孔，所述的带帽螺栓贯穿双头螺栓并与底座的螺栓孔连接。

该模具所有部件均采用铝合金材料。

使用本发明的能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具制作含预制裂隙类岩石试样。其中，预制裂隙类型为贯通型裂隙时，制作方法包括以下步骤：

(1)将位于底座前后两侧的下半侧板放置在底座上，并用双头螺栓将其固定，根据夹具相邻齿轮间的角度和预制裂隙的倾斜角度，将下半夹具安置在下半侧板的半圆形齿轮状孔槽中。

(2)根据预制裂隙的厚度和宽度裁剪一定大小的橡胶垫块，用橡胶垫块将切割好的裂隙填充材料夹好，并安置在下半夹具的矩形宽槽中，然后将上半夹具安置在下半侧板的半圆形齿轮状孔槽中。

(3)将上半侧板由外侧缓慢推入，使其半圆形齿轮状孔槽被夹具的齿轮填充，然后用双头螺栓将底座前后侧的上半侧板固定，利用夹具和侧板上的圆形齿轮状孔槽将裂隙填充材料固定卡紧。

(4)将隔板沿侧板的凹形榫槽***至底座，将带帽螺栓穿过双头螺栓的孔槽固定在底座的螺栓孔上，进而把两个侧板固定在底座上。最终底座、侧板及隔板围至形成浇注试样的空间。

(5)将一定配比的水泥砂浆搅拌均匀后，缓慢倒入模具中，振捣、抹平。待试样成型后，进行拆模，在拆模过程中，先将连接底座的带帽螺栓卸掉，拧掉所有双头螺栓的螺帽，依次缓慢将上半侧板、下半侧板及夹具拆除，然后拿掉隔板，最终浇筑成型的试样就呈现在底座的平台上。剪去试样侧面多余的裂隙填充材料后，含贯通型预制裂隙的类岩石试样便制作完成。

当预制裂隙类型为内置型裂隙时，制作方法包括以下步骤：

(1)将位于底座前后两侧的下半侧板放置在底座上，并用双头螺栓将其固定，根据夹具相邻齿轮间的角度和预制裂隙的倾斜角度，将下半夹具安置在下半侧板的半圆形齿轮状孔槽中。

(2)根据预制裂隙的厚度和宽度裁剪一定大小的橡胶垫块，在橡胶垫块上标出两点，用橡胶垫块将切割好的裂隙填充材料夹好，并安置在下半夹具的矩形宽槽中，然后将上半夹具安置在下半侧板的半圆形齿轮状孔槽中。

(3)将上半侧板由外侧缓慢推入，使其半圆形齿轮状孔槽被夹具的齿轮填充，然后用双头螺栓将底座前后侧的上半侧板固定，利用夹具和侧板上的圆形齿轮状孔槽将裂隙填充材料固定卡紧。

(4)将预埋的裂隙填充材料的四个角点处钻四个小孔，用四根结实的细尼龙线一头系在小孔上，另一头穿过橡胶垫块上面标出的点，调节好裂隙填充材料的位置后，在橡胶垫块一端的细尼龙线拉紧打结。

(5)将隔板沿侧板的凹形榫槽***至底座，将带帽螺栓穿过双头螺栓的孔槽固定在底座的螺栓孔上，进而把两个侧板固定在底座上。最终底座、侧板及隔板围至形成浇注试样的空间。

(6)将一定配比的水泥砂浆搅拌均匀后，缓慢倒入模具中，振捣、抹平。待试样成型后，进行拆模，在拆模过程中，先剪掉细尼龙线的结头，将连接底座的带帽螺栓卸掉，拧掉所有双头螺栓的螺帽，依次缓慢将上半侧板、下半侧板及夹具拆除，然后拿掉隔板，最终浇筑成型的试样就呈现在底座的平台上。用剪刀剪去试样侧面多余的细尼龙线后，含贯通型预制裂隙的类岩石试样便制作完成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)模具结构简单耐用、易于加工、可重复利用，拆装方便快捷，提高了含预制裂隙类岩石试样的制备效率。

(2)采用齿轮状夹具定位裂隙角度，定位牢固、拆装方便，尽可能减少了在浇筑和振捣过程中对预制裂隙方位的影响，又能准确快捷地更换裂隙的倾斜角度。

(3)通过有凹槽的橡胶垫块夹紧充填物，既保护了充填材料的完整性，又能较好地起到夹紧固定充填材料的作用。

(4)模具各部分采用双头螺栓、凹形榫槽固定在一起，可方便地进行拆卸、组装。

(5)利用该模具不仅可以制成含充填物和不含充填物的裂隙试样，还能制备贯通型、表面型、内置型裂隙的类岩石试样。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中侧板的结构示意图；

图3为本发明中夹具的结构示意图；

图4为实施例1中夹具固定位置的结构示意图；

图5为实施例2中夹具固定位置的结构示意图。

图中：1为底座，2为侧板，21为上半侧板，22为下半侧板，23为凹形榫槽，24为圆形齿轮状孔槽，25为螺栓孔，3为夹具，31为上半夹具，32为下半夹具，33为矩形宽槽，4为橡胶垫块，5为隔板，6为双头螺栓，7为带帽螺栓，8为云母片，9为细尼龙线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，如图1～图3所示，该模具包括1个底座1、2个侧板2、3个隔板5、4套夹具3、4根双头螺栓6及2根带帽螺栓7，2个侧板2分别位于底座1的前后两侧，2个侧板2之间通过4根双头螺栓6连接，2个侧板2的内侧均设有凹形榫槽23，3个隔板5分别通过凹形榫槽23连接在2个侧板2之间，每个侧板2上分别设有2个圆形齿轮状孔槽24，每个圆形齿轮状孔槽24分别位于两个相邻的隔板5之间，4套夹具3分别设在圆形齿轮状孔槽24内，2根带帽螺栓7分别贯穿双头螺栓6并与底座1连接。

其中，侧板2的结构如图2所示，每个侧板2由上半侧板21及下半侧板22组合而成，上半侧板21的下边缘处开设有2个半圆形齿轮状孔槽，下半侧板22的上边缘处开设有2个半圆形齿轮状孔槽，上半侧板21与下半侧板22组合连接时，分别位于上半侧板21及下半侧板22上的半圆形齿轮状孔槽组合形成圆形齿轮状孔槽24。位于底座1前后两侧的2个上半侧板21的两端均开设有螺栓孔25，2个上半侧板21的两端分别通过2根双头螺栓6连接，位于底座1前后两侧的2个下半侧板22的两端均开设有螺栓孔25，2个下半侧板22的两端分别通过2根双头螺栓6连接。圆形齿轮状孔槽24的内侧为光滑曲面，圆形齿轮状孔槽24的外侧为齿轮状结构，即呈内大外小状。

夹具3的结构如图3所示，夹具3呈圆形齿轮状，其形状与侧板2上的圆形齿轮状孔槽24对应，每个夹具3由上半夹具31和下半夹具32组合而成，上半夹具31和下半夹具32的直径边缘处均开设有一个矩形宽槽33，该矩形宽槽33内填塞有一块橡胶垫块4。其中橡胶垫块4可更换。

通过夹具3与圆形齿轮状孔槽24的齿轮状结构之间的配合，夹具3在圆形齿轮状孔槽24中可呈不同角度设置，上半夹具31和下半夹具32内的两个橡胶垫块4之间缝隙的方向随夹具3位置的改变而改变。利用上半夹具31和下半夹具32的橡胶垫块4加紧裂隙填充材料如云母片、石蜡片、钢片等，通过改变橡胶垫块4的形状来调节充填裂隙的厚度、宽度等尺寸参数。通过夹具3在侧板2上的圆形齿轮状孔槽24的位置来调节预制裂隙的角度。

底座1的中间位置设有两个高于四周的平台，两个平台之间形成一个凹形榫槽，用于固定隔板5，3个隔板5通过底座1上的凹形榫槽和侧板2上的凹形榫槽23插至在两个侧板2中间，使底座1、侧板2、隔板5紧密的固定在一起，两个平台分别位于相邻2个隔板5及2个侧板2构成的两个空间内，且相邻2个隔板5及2个侧板2构成的空间的底面积与平台的面积相同。双头螺栓6的中部开设有孔槽，底座1的两端开设有螺栓孔，带帽螺栓7贯穿双头螺栓6并与底座1的螺栓孔连接。该模具所有部件均采用铝合金材料。

使用本发明的能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具制作含预制裂隙类岩石试样，采用的类岩石试样尺寸为70mm×70mm×140mm，试样材料采用水泥砂浆，预制裂隙类型为贯通型裂隙，裂隙内充填物为天然云母片，裂隙倾斜角度为30°，裂隙宽度为20mm，裂隙厚度为0.1mm，具体操作步骤如下：

(1)将位于底座1前后两侧的下半侧板22放置在底座1上，并用双头螺栓6将其固定，根据夹具3相邻齿轮间的角度和预制裂隙的倾斜角度，将下半夹具32安置在下半侧板22的半圆形齿轮状孔槽中，本实施例中夹具3相邻齿轮间的角度为15°，夹具3的固定位置如图4所示。

(2)根据预制裂隙的厚度和宽度裁剪一定大小的橡胶垫块4，用橡胶垫块4将切割好的云母片8夹好，并安置在下半夹具32的矩形宽槽33中，然后将上半夹具31安置在下半侧板22的半圆形齿轮状孔槽中。

(3)将上半侧板21由外侧缓慢推入，使其半圆形齿轮状孔槽被夹具3的齿轮填充，然后用双头螺栓6将底座1前后侧的上半侧板21固定，利用夹具3和侧板2上的圆形齿轮状孔槽24将云母片8固定卡紧。

(4)将隔板5沿侧板2的凹形榫槽23***至底座1，将带帽螺栓7穿过双头螺栓6的孔槽固定在底座1的螺栓孔上，进而把两个侧板2固定在底座1上。最终底座1、侧板2及隔板5围至形成浇注试样的空间。

(5)将一定配比的水泥砂浆搅拌均匀后，缓慢倒入模具中，振捣、抹平。待试样成型后，进行拆模，在拆模过程中，先将连接底座1的带帽螺栓7卸掉，拧掉所有双头螺栓6的螺帽，依次缓慢将上半侧板21、下半侧板22及夹具3拆除，然后拿掉隔板5，最终浇筑成型的试样就呈现在底座1的平台上。剪去试样侧面多余的云母片8后，含贯通型预制裂隙的类岩石试样便制作完成。

实施例2

使用本发明的能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具制作含预制裂隙类岩石试样。采用的类岩石试样尺寸为70mm×70mm×140mm，试样材料采用水泥砂浆，预制裂隙类型为内置型裂隙，裂隙内充填物为天然云母片，裂隙倾斜角度为45°，裂隙长度为20mm，裂隙宽度为20mm，裂隙厚度为0.1mm，具体操作步骤如下：

(1)将位于底座1前后两侧的下半侧板22放置在底座1上，并用双头螺栓6将其固定。

(2)切割橡胶垫块4，其大小与夹具3中间的矩形宽槽33相同，在橡胶垫块4的侧面的中线上标出两点，两点距中线中点均为10mm(两点间距为裂隙宽度20mm)；根据夹具3相邻齿轮间的角度和预制裂隙的倾斜角度，将带有橡胶垫块4的夹具3安置在下半侧板22的半圆形齿轮状孔槽中，本实施例中夹具3相邻齿轮间的角度为15°，夹具3的固定位置如图5所示。

(3)将上半侧板21由外侧缓慢推入，使其半圆形齿轮状孔槽被夹具3的齿轮填充，然后用双头螺栓6将底座1前后侧的上半侧板21固定，利用夹具3和侧板2上的圆形齿轮状孔槽24将云母片8固定卡紧。

(4)将预埋的云母片8的四个角点处钻四个小孔，用四根结实的细尼龙线9一头系在小孔上，另一头穿过橡胶垫块4上面标出的点，调节好云母片8的位置后，在橡胶垫块4一端的细尼龙线9拉紧打结。

(5)将隔板5沿侧板2的凹形榫槽23***至底座1，将带帽螺栓7穿过双头螺栓6的孔槽固定在底座1的螺栓孔上，进而把两个侧板2固定在底座1上。最终底座1、侧板2及隔板5围至形成浇注试样的空间。

(6)将一定配比的水泥砂浆搅拌均匀后，缓慢倒入模具中，振捣、抹平。待试样成型后，进行拆模，在拆模过程中，先剪掉细尼龙线9的结头，将连接底座1的带帽螺栓7卸掉，拧掉所有双头螺栓6的螺帽，依次缓慢将上半侧板21、下半侧板22及夹具3拆除，然后拿掉隔板5，最终浇筑成型的试样就呈现在底座1的平台上。由于细尼龙线9本身对试样的影响效果很小，为减小对试样的扰动，将细尼龙线9留在试样内部不予拆除，用剪刀剪去试样侧面多余的细尼龙线9后，含内置型预制裂隙的类岩石试样便制作完成。

Claims (10)

1.一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，该模具包括底座、侧板、隔板、夹具、双头螺栓及带帽螺栓，所述的侧板设有2个，分别位于底座的前后两侧，2个侧板之间通过双头螺栓连接，所述的侧板的内侧设有凹形榫槽，所述的隔板设有3个，3个隔板分别通过凹形榫槽连接在2个侧板之间，每个侧板上分别设有2个圆形齿轮状孔槽，每个圆形齿轮状孔槽分别位于两个相邻的隔板之间，所述的夹具分别设在圆形齿轮状孔槽内，所述的带帽螺栓分别贯穿双头螺栓并与底座连接。

2.根据权利要求1所述的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，每个侧板由上半侧板及下半侧板组合而成，上半侧板的下边缘处开设有2个半圆形齿轮状孔槽，下半侧板的上边缘处开设有2个半圆形齿轮状孔槽，上半侧板与下半侧板组合连接时，分别位于上半侧板及下半侧板上的半圆形齿轮状孔槽组合形成圆形齿轮状孔槽。

3.根据权利要求2所述的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，位于底座前后两侧的2个上半侧板的两端分别通过2根双头螺栓连接，位于底座前后两侧的2个下半侧板的两端分别通过2根双头螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，所述的圆形齿轮状孔槽的内侧为光滑曲面，圆形齿轮状孔槽的外侧为齿轮状结构。

5.根据权利要求1所述的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，所述的夹具呈圆形齿轮状，其形状与侧板上的圆形齿轮状孔槽对应，每个夹具由上半夹具和下半夹具组合而成，上半夹具和下半夹具的直径边缘处均开设有一个矩形宽槽，该矩形宽槽内填塞有一块橡胶垫块。

6.根据权利要求5所述的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，所述的橡胶垫块可更换。

7.根据权利要求5所述的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，通过夹具与圆形齿轮状孔槽的齿轮状结构之间的配合，夹具在圆形齿轮状孔槽中可呈不同角度设置，上半夹具和下半夹具内的两个橡胶垫块之间缝隙的方向随夹具位置的改变而改变。

8.根据权利要求5所述的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，所述的夹具相邻齿轮间的角度为15°。

9.根据权利要求1所述的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，所述的底座的中间位置设有两个高于四周的平台，两个平台分别位于相邻2个隔板及2个侧板构成的两个空间内，且相邻2个隔板及2个侧板构成的空间的底面积与平台的面积相同。

10.根据权利要求1所述的一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，其特征在于，所述的双头螺栓的中部开设有孔槽，所述的底座的两端开设有螺栓孔，所述的带帽螺栓贯穿双头螺栓并与底座的螺栓孔连接。

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