CN107907393A - 一种用于制作类岩石材料的模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制作类岩石材料的模具，包括底座（1）、两个钢筒半体（2），两个钢筒半体（2）侧壁的凹槽凸包（21）的内底圆形壁从0°到180°范围内按每条相差15°均匀刻有12条缝隙（22），两个钢筒半体（2）合拢放在底座（1）上，转盘上有一条转盘缝隙（41），转盘缝隙（41）与凹槽凸包中的一条缝隙（22）对准，锰钢片（5）由凹槽凸包缝隙（21）和转盘缝隙（41）***模具内腔形成试件裂隙，两个喉箍（3）扣紧两个钢筒半体（2）上下两端；钢针（7）从薄钢片孔（61）伸入模具内，钢针下段细的一截插进锰钢片的小孔（51）内。本发明的优点是：既能制作多角度裂隙的类岩石标准试件，还能制作用于渗透试验的导水孔。

Description

一种用于制作类岩石材料的模具

技术领域

本发明属于实验设备技术领域，具体涉及一种类岩石材料模拟裂隙岩体标准试件的模具，岩体标准试件用于对岩石性能的研究。

背景技术

岩体赋存于由地应力场、渗流场、地温场及化学场等构成的复杂地质环境中，这些环境在自然、人类工程等干扰因素的作用下互相影响、制约，使岩体时刻处于由这些环境构成的动态平衡体系中，而岩体在这些环境下的动态变形、损伤破坏及其稳定性是许多工程学科（采矿工程、隧道工程、水利水电工程、边坡工程、石油开采及热能开发等）面临的共同问题。大量研究表明：岩体的失稳和破坏最终都是通过其内部缺陷（如孔隙、裂纹、节理等）的张开、闭合和扩展而产生的贯通滑移面所引起。

用类岩石材料采用预制裂纹法，模拟裂隙岩体的结构特征、赋存环境和工程作用力学模型,探究岩体的变形、破坏过程和机理,是研究此类问题的一种基本而有效的方法。

目前普遍采用的有木模具和三开钢模具。当研究不同产状的单裂隙岩体时，由于每一种模具只能模拟一种固定角度裂隙，因此不利于在不同试验中重复使用，成本较高。当研究岩体的渗透性时，由于完整试样渗透系数较低，一旦不能形成贯通上下表面的裂隙，将无法准确测得裂隙岩体的渗透特性。

中国专利文献CN103196717A于2013年7月10日公开了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。该专利虽然解决了制作的裂隙角度多样化，但仍不适用于研究不同应力状态及不同水压下裂隙岩体渗透特性，且岩石试验机多采用直径50mm、高度100mm的圆柱形标准试件，该专利所采用的方形模具铸造的方形试件，不适用于大多数三轴岩石试验机测试。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于制作类岩石材料的模具，它既能制作多角度裂隙的类岩石试件，还能制作用于研究裂隙岩体渗透性的类岩石试件。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括底座、两个钢筒半体和喉箍，两个钢筒半体的侧壁上对应设置有向外突出的凹槽凸包，凹槽凸包的内底圆形壁从0°到180°范围内按每条相差15°均匀刻有12条缝隙，两个钢筒半体合拢放在底座上，凹槽凸包内嵌有预制裂隙的转盘，转盘上有一条转盘缝隙，转盘缝隙与凹槽凸包中的一条缝隙对准，锰钢片由凹槽凸包缝隙和转盘缝隙***，并从钢筒半体相对一侧的转盘缝隙和凹槽凸包缝隙中穿出，锰钢片用于形成试件裂隙，两个喉箍卡紧两个钢筒半体上下两端。

进一步，两个钢筒半体的顶边开有相对的方形槽，薄钢片固定在两个钢筒半体的方形槽内，一根上段粗、下段细的钢针从薄钢片孔伸入模具内，锰钢片还设有小孔，钢针上段粗的一截卡在薄钢片孔外，钢针下段细的一截插进锰钢片的小孔内。

本发明的技术效果是：

由于凹槽凸包内底圆形壁均匀刻有12条缝隙，该缝隙为***模具的锰钢片定位，不同的凹槽凸包缝隙具有不同的定位角度，由此形成试件的多角度裂隙，所以本发明能够制作多角度裂隙的类岩石圆柱形标准试件；

由于钢针从上到下连接到锰钢片上，在试件内形成通至裂隙并可以直接将水压传至裂隙的导水孔，能够用于准确测试裂隙岩体试件的渗透特性，便于研究裂隙岩体在不同应力状态下的渗透性能及裂隙在不同水压和不同应力状态下的扩展。。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构分解示意图。

图中：1. 底座；2. 钢筒半体；21. 凹槽凸包；22.缝隙；23. 方形槽； 3. 喉箍；4.转盘；41.转盘缝隙；5.锰钢片；51. 小孔；6. 薄钢片；61.薄钢片孔；7. 钢针。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明包括底座1、两个钢筒半体2和喉箍3，两个钢筒半体2的侧壁上对应设置有向外突出的凹槽凸包21，凹槽凸包21的内底圆形壁从0°到180°范围内按每条相差15°均匀刻有12条缝隙22，两个钢筒半体2合拢放在底座1上，凹槽凸包21内嵌有预制裂隙的转盘4，转盘上有一条转盘缝隙41，转盘缝隙41与凹槽凸包中的一条缝隙22对准，锰钢片5由凹槽凸包缝隙21和转盘缝隙41***，并从钢筒半体相对一侧的转盘缝隙41和凹槽凸包缝隙21穿出，锰钢片用于形成试件裂隙，两个喉箍3卡紧两个钢筒半体2上下两端。

两个钢筒半体2的顶边开有相对的方形槽23，薄钢片6固定在两个钢筒半体的方形槽23内，一根上段粗、下段细的钢针7从薄钢片孔61伸入模具内，锰钢片5还设有小孔51，钢针7上段粗的一截卡在薄钢片孔61外，钢针下段细的一截插进锰钢片的小孔51内。

所述底座1的凹槽内有用于止水密封的橡胶条，所述两个钢筒半体2的底部与底座1接触处有用于止水密封的橡胶膜。

转盘裂隙41的长度、宽度均与凹槽凸包缝隙21保持一致，裂隙长度均为10mm，宽度均为0.3mm。锰钢片5厚度为0.3mm，凹槽凸包缝隙21宽度可略大于0.3mm，便于锰钢片***，锰钢片5具有足够的刚度，以保证具有一定强度和质量的类岩石材料不使锰钢片发生变形，同有利于在拆模时易于将锰钢片抽出。

当试验涉及渗流时，薄钢片6嵌入钢筒半体2上端两侧的方形槽23内，并将钢针7的较细一端从钢薄片孔61内***伸进模具内部至锰钢片的小孔51内，此时钢针7的较粗一端会卡在钢薄片孔61上部，钢针7伸入模具内的直径不大于0.5mm。所述钢针7用于制作直达预制裂隙的导水孔，解决进行渗透性试验时采用完整试样不易获得准确渗透特性而采用上下贯通裂隙不利于反映岩体在不同应力状态下产生裂隙的物理形态和导水特性之间的矛盾。

利用发明制作含裂隙类岩石试件的过程是：

1、组装：将两个钢筒半体对准合拢并放在底座上，同时使底座上端较小直径圆盘边缘嵌入钢筒半体下端的凹槽内，在此过程中将裂隙角度选择转盘安装在凹槽凸包缝隙的相应位置，角度选择好之后用钢筒半体上下两端的喉箍将整个结构卡紧；

2、浇筑：用脱模剂或机油润滑模具内部，以方便脱模，且有利于脱模后试件表面光滑；将按一定配比配制的类岩石材料倒入模具至裂隙以下，振捣密实后从裂隙中***锰钢片；如果试验涉及渗流，需要将固定钢针的钢薄片嵌入钢筒半体两侧的方形槽内，***钢针。用类岩石材料填满模具。

3、振捣：将装好的模具放置在小型振动台上，振动时间依类岩石材料的性质决定，同一个试验中的试件振动时间保持一致；

4、拆模：拆模时间视类岩石材料性质决定，如425硅酸盐水泥；水：石英砂=1:0.8:0.35的类岩石材料建议24小时后拆模；

5、养护：养护条件及时间同样视类岩石材料性质决定，步骤4中所述配比的类岩石材料建议养护时间为水养7天后室温养护21天。

Claims (3)

1.一种用于制作类岩石材料的模具，其特征是：包括底座（1）、两个钢筒半体（2）和喉箍（3），两个钢筒半体（2）的侧壁上对应设置有向外突出的凹槽凸包（21），凹槽凸包（21）的内底圆形壁从0°到180°范围内按每条相差15°均匀刻有12条缝隙（22），两个钢筒半体（2）合拢放在底座（1）上，凹槽凸包（21）内嵌有预制裂隙的转盘（4），转盘上有一条转盘缝隙（41），转盘缝隙（41）与凹槽凸包中的一条缝隙（22）对准，锰钢片（5）由凹槽凸包缝隙（21）和转盘缝隙（41）***，并从钢筒半体相对一侧的转盘缝隙（41）和凹槽凸包缝隙（21）中穿出，锰钢片用于形成试件裂隙，两个喉箍（3）卡紧两个钢筒半体（2）上下两端。

2.根据权利要求1所述的用于制作类岩石材料的模具，其特征是：两个钢筒半体（2）的顶边开有相对的方形槽（23），薄钢片（6）固定在两个钢筒半体的方形槽（23）内，一根上段粗、下段细的钢针（7）从薄钢片孔（61）伸入模具内，锰钢片（5）还设有小孔（51），钢针（7）上段粗的一截卡在薄钢片孔（61）外，钢针下段细的一截插进锰钢片的小孔（51）内。

3.根据权利要求1或2所述的用于制作类岩石材料的模具，其特征是：所述底座（1）的凹槽内有用于止水密封的橡胶条，所述两个钢筒半体（2）的底部与底座（1）接触处有用于止水密封的橡胶膜。