用于制作不同傾角類裂隙巖石試件的模具及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及裂隙巖石相似模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種一種用于制作不同傾角類裂隙巖石試件的模具及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石中存在大量的、隨機(jī)的天然缺陷，作為一種非均質(zhì)的多相復(fù)合結(jié)構(gòu)，其變形破壞力學(xué)規(guī)律主要受周圍環(huán)境作用方式的影響；巖石的破壞力學(xué)特性非常復(fù)雜，受到的地應(yīng)力和工程荷載不同，力學(xué)響應(yīng)形式即具有顯著差異，具有非線性、非連續(xù)和各向異性的特點(diǎn)。工程實(shí)踐表明，巖體工程的失穩(wěn)，大多數(shù)是由其內(nèi)部節(jié)理或裂隙等缺陷擴(kuò)展導(dǎo)致的。因此，深入研究巖體的物理力學(xué)性能如應(yīng)力、應(yīng)力-應(yīng)變或破壞等是十分必要的工作，特別是工程巖體力學(xué)特征、力學(xué)參數(shù)及破壞機(jī)理，對(duì)工程實(shí)踐具有指導(dǎo)作用。
[0003]為了測試和探討含節(jié)理面巖體的變形與強(qiáng)度特性，目前主要的研究方法為模型試驗(yàn)方法。然而，對(duì)含有節(jié)理面的巖石材料進(jìn)行模型試驗(yàn)研究時(shí)，類巖石試塊的制作非常困難。目前的模型試驗(yàn)方法是采用混凝土或石膏作為制作類巖石試塊的材料。現(xiàn)有工藝造成巖石裂隙面模型上下盤吻合程度差，不能反映裂隙面的真實(shí)情況；而巖石裂隙面的表面形態(tài)是影響其抗剪強(qiáng)度的重要因素，因此會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成較大誤差。裂隙面定位難度大，每調(diào)整一次裂隙面參數(shù)需重新制作模型，工作效率低、加工周期長且浪費(fèi)模型材料。很難準(zhǔn)確模擬類巖石試塊中裂隙面的位置、傾角等，導(dǎo)致試塊的精確性低，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于制作不同傾角類裂隙巖石試件的模具及其制作方法，其制作加工方便、結(jié)構(gòu)簡單、可重復(fù)利用、成本低且加工流程簡潔的用于制作不同裂隙傾角的類巖石試驗(yàn)的模型。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種用于制作不同傾角類裂隙巖石試件的模具，其特征在于:包括一個(gè)由底板、前后側(cè)板和左右側(cè)板圍成的方形無蓋盒體；在所述前后側(cè)板的中間對(duì)應(yīng)位置上分別開有一個(gè)預(yù)留孔，所述預(yù)留孔內(nèi)各安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)插槽；所述旋轉(zhuǎn)插槽為一體成型的T形金屬結(jié)構(gòu)，包括槽板和從槽板底面垂直突起的連接螺桿；所述槽板安裝在盒體內(nèi)部，其底面緊貼盒體內(nèi)側(cè)面，槽板外側(cè)開有槽口，前后側(cè)板的兩個(gè)槽口對(duì)向設(shè)置；所述連接螺桿分別從前后側(cè)板上的預(yù)留孔中伸出，露在盒體外側(cè)的端部旋有固定螺母，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)插槽與前后側(cè)板的連接固定；所述前后側(cè)板的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)插槽之間夾有隨旋轉(zhuǎn)插槽一起轉(zhuǎn)動(dòng)的裂隙模擬框，所述裂隙模擬框的長度與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)插槽的槽底之間的距離相適應(yīng)，其兩頭邊框分別嵌在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)插槽的槽內(nèi)；所述裂隙模擬框由矩形的鐵框架和貼在鐵框架內(nèi)的紙條組成，所述紙條均勻交叉排布呈網(wǎng)狀，紙條的兩頭貼在鐵框架的框沿上。
[0006]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述前后側(cè)板的外側(cè)面上，在預(yù)留孔對(duì)應(yīng)的位置上刻有角度或貼有刻度盤，所述刻度盤的中心開孔，開孔與預(yù)留孔重合且大小與預(yù)留孔的大小相適應(yīng)；相應(yīng)的，所述連接螺桿上高出刻度盤位置帶有角度指示標(biāo)識(shí)。
[0007]優(yōu)選的，所述角度指示標(biāo)識(shí)為刻在連接螺桿上的標(biāo)記點(diǎn)、平行于連接螺桿中軸線的標(biāo)示線或從連接螺桿上突出的指示針。
[0008]進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)插槽的槽板為圓盤形或矩形，其上的槽口為長條狀，旋轉(zhuǎn)插槽的材料可以為鎢鋼、合金或鑄鐵。
[0009]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)插槽的遠(yuǎn)離連接螺桿的兩個(gè)端部與相應(yīng)的前后側(cè)板之間通過螺絲進(jìn)一步加固連接。
[0010]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)插槽可以緊貼前后側(cè)板內(nèi)側(cè)，所述前后側(cè)板為平整平面；旋轉(zhuǎn)插槽也可以底部嵌在前后側(cè)板內(nèi)，相應(yīng)的所述前后側(cè)板的內(nèi)側(cè)面上設(shè)有以連接螺桿的中心為圓心、以旋轉(zhuǎn)插槽的最長旋轉(zhuǎn)半徑為半徑的圓形凹陷。
[0011]優(yōu)選的，所述刻度盤與固定螺母之間還設(shè)有六角螺母和壓蓋，所述固定螺母為蓋帽螺母。
[0012]更優(yōu)選的，所述紙條分別沿平行和垂直于鐵框架的某一邊的兩個(gè)方向間隔均勻排布，形成均勻的十字格網(wǎng)狀。
[0013]更優(yōu)選的，所述底板、前后側(cè)板和左右側(cè)板的材料相同，可以為鎢鋼、合金或鑄鐵，所述底板、前后側(cè)板和左右側(cè)板的相鄰板之間的連接為企口連接，并且用螺栓加固。
[0014]此外，本發(fā)明還涉及上述用于制作不同傾角類裂隙巖石試件的模具的制作方法，其特征在于，包括如下步驟:
步驟一、準(zhǔn)備材料和試驗(yàn)工具:包括底板、前后側(cè)板、左右側(cè)板、旋轉(zhuǎn)插槽及相關(guān)連接件的制作與準(zhǔn)備；
步驟二、安裝刻度盤:在前后側(cè)板對(duì)應(yīng)位置開預(yù)留孔，在預(yù)留孔外側(cè)安裝刻度盤；步驟三、制作裂隙模擬框:結(jié)合不同的試驗(yàn)需求將廢紙裁剪成同一寬度的紙條，并按同一間距編制成網(wǎng)格狀固定在鐵框架上，形成裂隙模擬框；
步驟四、組裝模型的方形無蓋盒體:由底板、前后側(cè)板和左右側(cè)板圍成方形無蓋盒體，底板、前后側(cè)板和左右側(cè)板的相鄰板之間的連接為企口連接，并且用螺栓加固；
步驟五、安裝旋轉(zhuǎn)插槽:在模型盒體內(nèi)側(cè)刷上潤滑油，在前后側(cè)板的預(yù)留孔內(nèi)安裝旋轉(zhuǎn)插槽；
步驟六、安裝裂隙模擬框:將裂隙模擬框插入模型前后側(cè)板的旋轉(zhuǎn)插槽中，在連接螺桿的端部臨時(shí)安裝固定螺母但不緊固；
步驟七、調(diào)整旋轉(zhuǎn)插槽:將旋轉(zhuǎn)插槽調(diào)節(jié)到所需的角度，最后緊固固定螺母和螺絲將旋轉(zhuǎn)插槽和前后側(cè)板固定；
步驟八、澆筑類巖石試件材料:向制作好的模具內(nèi)澆筑類巖石試件材料，制作成不同傾角類裂隙巖石試件。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于:
(1)本發(fā)明模具結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，組裝、拆卸方便、可重復(fù)利用，有效節(jié)約材料，降低成本；
(2)本發(fā)明模具可通過旋轉(zhuǎn)插槽實(shí)現(xiàn)裂隙模擬框與模型左右側(cè)板之間的夾角即試塊中節(jié)理的傾角，從而模擬不同的節(jié)理傾角，方便快捷；
(3)本發(fā)明模型使得不同傾角類裂隙巖石試件的制作流程簡潔，提高了試件制備效率，根據(jù)相似理論的計(jì)算和反復(fù)的試驗(yàn)調(diào)整，配置出與現(xiàn)實(shí)工程中的巖石特性較符合的類巖石材料，澆筑進(jìn)模具后即可制作出復(fù)合實(shí)際工程的裂隙巖石試件；
(4)本發(fā)明公開的模型采用廢紙編制裂隙，變廢為寶，節(jié)約資源。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明涉及的用于制作不同傾角類裂隙巖石試件的模具的整體外觀結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中連接螺桿43的中軸線所在的水平剖面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2中A-A剖面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明涉及的旋轉(zhuǎn)插槽3及其端部連接構(gòu)件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明涉及的模擬裂隙體系的廢紙條5和鐵框架6的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]附圖標(biāo)記:1_底板、2-左右側(cè)板、3-前后側(cè)板、4-旋轉(zhuǎn)插槽、41-槽板、42-槽口、43-連接螺桿、5-裂隙模擬框、51-紙條、52-鐵框架、6-螺栓、7-螺絲、8-刻度盤、9-六角螺母、10-壓蓋、11-固定螺母、12-預(yù)留孔。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例涉及一種用于制作不同傾角類裂隙巖石試件的模具，如圖1、2和3，其包括一個(gè)由底板1、前后側(cè)板3和左右側(cè)板2圍成的方形無蓋盒體，內(nèi)側(cè)尺寸為100X100X100 mm (長X寬X高)，其底板1、前后側(cè)板3和左右側(cè)板2的材料相同，可以為鎢鋼、合金或鑄鐵；所述底板1、前后側(cè)板3和左右側(cè)板2的相鄰板之間的連接為企口連接，并且用螺栓6加固。在所述前后側(cè)板3的中間對(duì)應(yīng)位置上分別開有一個(gè)預(yù)留孔12，所述預(yù)留孔12內(nèi)各安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)插槽4 ;所述旋轉(zhuǎn)插槽4為一體成型的T形金屬結(jié)構(gòu)，包括槽板41和從槽板底面垂直突起的連接螺桿43 ;所述槽板41安裝在盒體內(nèi)部，其底面緊貼盒體內(nèi)側(cè)面，槽板41外側(cè)開有槽口 42，前后側(cè)板3的兩個(gè)槽口對(duì)向設(shè)置；所述連接螺桿43分別從前后側(cè)板3上的預(yù)留孔中伸出，露在盒體外側(cè)的端部旋有固定螺母11，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)插槽4與前后側(cè)板3的連接固定；
所述前后側(cè)板3的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)插槽4之間夾有隨旋轉(zhuǎn)插槽4 一起轉(zhuǎn)動(dòng)的裂隙模擬框5，所述裂隙模擬框5的長度與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)插槽4的槽底之間的距離相適應(yīng)，寬度可以隨需要進(jìn)行調(diào)整，其兩頭邊框分別嵌在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)插槽4的槽內(nèi)；
如圖5，所述裂隙模擬框5由矩形的鐵框架51和貼在鐵框架51內(nèi)的紙條52組成，所述紙條52均勻交叉排布呈網(wǎng)狀，紙條52的兩頭貼在鐵框架51的框沿上。本發(fā)明實(shí)施例的紙條52分別沿平行和垂直于鐵框架的某一邊的兩個(gè)方向間隔均勻排布，形成均勻的十字格網(wǎng)狀。鐵框架中紙條寬度為10mm，其間距為10mm，將紙條從框架中間往兩邊依次進(jìn)行粘貼，固定在鐵框架51上，用于模擬裂隙，鐵片框架薄，按試驗(yàn)需要可加工不同長度的鐵框架51，鐵框架51可在旋轉(zhuǎn)插槽中自由移動(dòng)。鐵框架51長度為100?120 _，其寬度為100，厚度為 2.5 mm η
[0020]如圖4，所述前后側(cè)板3的外側(cè)面上，在預(yù)留孔12對(duì)應(yīng)的位置上刻有角度或貼有刻度盤8，所述刻度盤8的中心開孔，開孔與預(yù)留孔12重合且大小與預(yù)留孔12的大小相適應(yīng)；相應(yīng)的，所述連接螺桿43上高出刻度盤8位置帶有角度指示標(biāo)識(shí)。通過刻度盤8調(diào)