CN103616272A - 断续裂隙岩体模拟试件的制作模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断续裂隙岩体模拟试件的制作模具及方法，包括底板，底板上设有固定长侧板、活动长侧板、活动短侧板、刻槽底部垫板、刻槽顶部盖板，固定长侧板的外侧与底板之间设有加强肋，活动长侧板的外侧在底板上设有螺栓端板，螺栓端板上设有侧边螺栓，侧边螺栓的内端抵在活动长侧板的外侧，刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板上加工有刻槽。能进行各种裂隙几何参数组合下的岩体模拟试件制作，且具有裂隙定位准确、试件浇筑容易、气泡易排出、拆模方便、能够多次重复使用等优点，能够对试件的浇筑和养护过程进行严格控制。

Description

断续裂隙岩体模拟试件的制作模具及方法

技术领域

本发明涉及一种裂隙岩体模拟试件制作技术，尤其涉及一种断续裂隙岩体模拟试件的制作模具及方法。

背景技术

天然岩体由完整的岩石和不同尺度的结构面（片理、裂隙、节理、断层、层理面、剪切带和岩脉等）组成，这些结构面对岩体宏观力学特性起控制作用。

目前，随着大型水利水电工程、交通工程、采矿工程、石油天然气开采工程，以及核废料地下埋置、二氧化碳地下封存等工程的发展，为达到对岩体工程***进行安全、经济的设计，正确评估结构面对岩体的强度、变形、渗透性等力学特性的影响是至关重要的，国内外学者在裂隙岩体模拟试件力学特性方面开展了大量的试验研究工作。

断续裂隙岩体模拟试件力学试验，是定量研究节理裂隙等结构面对岩体力学行为控制作用的有效方法，研究成果对岩体力学有着重要的理论意义，并在岩石工程中有广泛的应用前景；目前的裂隙岩体模拟试件力学试验中，缺乏关于裂隙组各几何参数组合下的***试验研究，而其中最为关键的技术则是模具的设计和相应的试件制作方法；对裂隙岩体模拟试件模具的要求：裂隙定位准确、加工容易、拆模方便、能够多次重复使用；对试件制作方法规范化的目的：实现对模拟材料的浇筑和养护过程进行控制，保持试件在材料性能上的稳定性，提高试验结果的可靠性。

现有相关技术中，用于裂隙岩体模拟试件制作，多采用固定的侧边和底板，并在活动顶板上刻槽以***金属片、并设置浇筑孔和排气孔。

上述现有技术至少存在以下缺点：

仅在顶板上刻槽，预制裂隙的金属片不易插透和固定，容易在试件厚度方向发生偏斜，无法精确实现预先设计的节理排布；仅在顶板上设置排气孔和浇注孔，当有大量预制裂隙时，不易均匀地注入模拟材料的液态混合物，且气泡不易排出，这将大大影响试件的浇筑质量和力学性能的稳定性；仅顶板为活动可拆卸，拆模困难且试件容易缺角。

发明内容

本发明的目的是提供一种有裂隙定位准确、试件浇筑容易、气泡易排出、拆模方便、能够多次重复使用的断续裂隙岩体模拟试件的制作模具及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的断续裂隙岩体模拟试件的制作模具，包括底板，所述底板上设有固定长侧板和活动长侧板，所述固定长侧板的外侧与所述底板之间设有加强肋，所述活动长侧板的外侧在底板上设有螺栓端板，所述螺栓端板上设有侧边螺栓，所述侧边螺栓的内端抵在所述活动长侧板的外侧；

所述固定长侧板和活动长侧板的内侧设有两对相对的凹槽，每对凹槽中分别插有活动短侧板；

所述固定长侧板、活动长侧板与两块活动短侧板之间的底板上放有刻槽底部垫板，两块活动短侧板的上部放有刻槽顶部盖板，所述刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板上加工有刻槽。

本发明的上述的断续裂隙岩体模拟试件的制作方法，包括步骤：

在底板上安装活动长侧板，并用底板螺丝和侧边螺栓拧紧固定；

***一侧的活动短侧板，放置好刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板，并将金属片按照设计的节理几何排布方式***刻槽内；

将按配比调制好的模拟材料流体状混合物倒入模具内，在振动台上进行振捣，待气泡的排出后盖上另一侧活动短侧板；

在混合物初凝固前将所有金属片拔出；

待混合物完全成型后，按刻槽顶部盖板、活动短侧板、活动长侧板、刻槽底部垫板的顺序进行拆模；

脱模后的试件在恒温、恒湿的养护条件下进行养护，直至达到设计的龄期。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的断续裂隙岩体模拟试件的制作模具及方法，能进行各种裂隙几何参数组合下的岩体模拟试件制作，且具有裂隙定位准确、试件浇筑容易、气泡易排出、拆模方便、能够多次重复使用等优点。与该模具配套的试件制作方法，能够对试件的浇筑和养护过程进行严格控制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的断续裂隙岩体模拟试件的制作模具的俯视结构示意图；

图2为图1的A-A向结构示意图；

图3为图1的B-B向结构示意图；

图4为本发明实施例中刻槽顶部盖板的结构示意图；

图5为本发明实施例中刻槽底部垫板的结构示意图。

图中：

1、固定长侧板，2、加强肋，3、底板，4、刻槽顶部盖板，5、活动长侧板，6、活动短侧板，7、螺栓端板，8、侧边螺栓，9、刻槽底部垫板。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的断续裂隙岩体模拟试件的制作模具，其较佳的具体实施方式是：

包括底板，所述底板上设有固定长侧板和活动长侧板，所述固定长侧板的外侧与所述底板之间设有加强肋，所述活动长侧板的外侧在底板上设有螺栓端板，所述螺栓端板上设有侧边螺栓，所述侧边螺栓的内端抵在所述活动长侧板的外侧；

所述固定长侧板和活动长侧板的内侧设有两对相对的凹槽，每对凹槽中分别插有活动短侧板；

所述固定长侧板、活动长侧板与两块活动短侧板之间的底板上放有刻槽底部垫板，两块活动短侧板的上部放有刻槽顶部盖板，所述刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板上加工有刻槽。

所述固定长侧板的底部用螺丝固定在底板上，所述螺栓端板和加强肋焊接在底板上，所述活动长侧板的底部通过底板螺丝连接在底板上。

所述底板、固定长侧板、活动长侧板、活动短侧板、加强肋、螺栓端板、螺栓均采用不锈钢材料或普通钢材，所述刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板采用亚克力材料。

本发明的上述断续裂隙岩体模拟试件的制作模具实现制作试件的方法，其较佳的具体实施方式包括步骤：

在底板上安装活动长侧板，并用底板螺丝和侧边螺栓拧紧固定；

***一侧的活动短侧板，放置好刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板，并将金属片按照设计的节理几何排布方式***刻槽内；

将按配比调制好的模拟材料流体状混合物倒入模具内，在振动台上进行振捣，待气泡的排出后盖上另一侧活动短侧板；

在混合物初凝固前将所有金属片拔出；

待混合物完全成型后，按刻槽顶部盖板、活动短侧板、活动长侧板、刻槽底部垫板的顺序进行拆模；

脱模后的试件在恒温、恒湿的养护条件下进行养护，直至达到设计的龄期。

本发明的断续裂隙岩体模拟试件的制作模具，能进行各种裂隙几何参数组合下的岩体模拟试件制作，且具有裂隙定位准确、试件浇筑容易、气泡易排出、拆模方便、能够多次重复使用等优点。与该模具配套的试件制作方法，能够对试件的浇筑和养护过程进行严格控制。

具体实施例：

如图1、图2、图3所示，包括底板、固定长侧板、活动长侧板、活动短侧板、加劲肋、螺栓端板、螺栓、刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板等。

底板、固定长侧板、活动长侧板、活动短侧板、加劲肋板、螺栓端板、螺栓均采用不锈钢材料或普通钢材，而刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板则采用亚克力材料。

固定长侧板用螺丝连接在底板上，螺栓端板和加劲肋板均焊接在底板，活动长侧板则通过底板螺丝（图中未示出）和侧边螺栓的方式支撑在底板上。两个活动短侧板通过固定长侧板和活动长侧板上的凹槽***。

如图4、图5所示，对于裂隙岩体模拟试件的不同裂隙几何参数组合，需要在刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板上采用激光技术加工相应的刻槽，例如对齐排列的水平节理裂隙的刻槽。

采用该模具进行试件制作的方法及操作步骤包括：

（1）在底板上安装活动长侧板，并用底板螺丝和侧边螺栓拧紧固定；

（2）***一侧的活动短侧板，放置好刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板，并将金属片按照设计的节理几何排布方式***刻槽内；

（3）将按配比调制好的模拟材料流体状混合物倒入模具内，在振动台上进行振捣以保证气泡的排出后盖上另一侧活动短侧板；

（4）在混合物初凝固前将所有金属片拔出；

（5）待混合物完全成型后，按刻槽顶部盖板、活动短侧板、活动长侧板、刻槽底部垫板的顺序进行拆模；

（6）脱模后的试件，在恒温、恒湿的养护条件下进行养护，直至达到设计的龄期。

本发明采用亚克力材料制作顶部盖板和底部垫板，便于采用激光技术按照设计的节理几何参数进行刻槽。而在浇筑模拟材料混合物之前预先插片，保证了裂隙定位的准确性。而模具的其他主体材料为不锈钢材料或普通钢材，则具有加工精度高、不易变形，能够保证多次使用而不产生较大的制作误差。将长侧板和两个短侧板设置为活动的插板，即能保证节理位置的固定，也便于浇筑、气泡的排出和拆模。严格遵守所提出的制作方法，能最大程度地保证各试件基体材料力学性能的接近。

与传统的侧板固定的模具相比，断续裂隙岩体模拟试件可拆卸模具浇筑截面大、气泡易排出、脱模简单方便，大大提高了试件制作的精度和效率；采用亚克力材料制作顶部盖板和底部垫板，便于采用激光技术在顶底板切割出所设计的断续裂隙几何排布，提高了断续裂隙定位的准确性；侧板、底板等板件采用普通钢材或不锈钢材料，提高了模具的加工精度、不易变形，并可采用螺丝、螺栓、插槽等多种连接方式来实现模具的可拆卸功能、能多次重复使用；模具的各板件几乎全部可拆卸，便于浇筑、气泡排出且拆模方便。

本发明对模具各板件的安装和拆卸顺序以及试件制作过程中的插片、浇筑、拔片、拆模、养护等操作步骤进行了规范化，保证了试件制作的质量和标准化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种断续裂隙岩体模拟试件的制作模具，其特征在于，包括底板，所述底板上设有固定长侧板和活动长侧板，所述固定长侧板的外侧与所述底板之间设有加强肋，所述活动长侧板的外侧在底板上设有螺栓端板，所述螺栓端板上设有侧边螺栓，所述侧边螺栓的内端抵在所述活动长侧板的外侧；

所述固定长侧板和活动长侧板的内侧设有两对相对的凹槽，每对凹槽中分别插有活动短侧板；

所述固定长侧板、活动长侧板与两块活动短侧板之间的底板上放有刻槽底部垫板，两块活动短侧板的上部放有刻槽顶部盖板，所述刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板上加工有刻槽。

2.根据权利要求1所述的断续裂隙岩体模拟试件的制作模具，其特征在于，所述固定长侧板的底部用螺丝固定在底板上，所述螺栓端板和加强肋焊接在底板上，所述活动长侧板的底部通过底板螺丝连接在底板上。

3.根据权利要求2所述的断续裂隙岩体模拟试件的制作模具，其特征在于，所述底板、固定长侧板、活动长侧板、活动短侧板、加强肋、螺栓端板、螺栓均采用不锈钢材料或普通钢材，所述刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板采用亚克力材料。

4.一种权利要求1、2或3所述的断续裂隙岩体模拟试件的制作模具制作试件的方法，其特征在于，包括步骤：

在底板上安装活动长侧板，并用底板螺丝和侧边螺栓拧紧固定；

***一侧的活动短侧板，放置好刻槽顶部盖板和刻槽底部垫板，并将金属片按照设计的节理几何排布方式***刻槽内；

将按配比调制好的模拟材料流体状混合物倒入模具内，在振动台上进行振捣，待气泡的排出后盖上另一侧活动短侧板；

在混合物初凝固前将所有金属片拔出；

待混合物完全成型后，按刻槽顶部盖板、活动短侧板、活动长侧板、刻槽底部垫板的顺序进行拆模；

脱模后的试件在恒温、恒湿的养护条件下进行养护，直至达到设计的龄期。

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