一種低強(qiáng)度相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件制作模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低強(qiáng)度巖土相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件制作技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種低強(qiáng)度相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件制作模具，適用于低強(qiáng)度巖土相似材料物理模型試驗(yàn)前期的相似材料配比試驗(yàn)。本發(fā)明特殊的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)，保證了低強(qiáng)度相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件的制作精度，提高了低強(qiáng)度相似材料配比試驗(yàn)效率。該模具內(nèi)側(cè)包含高分子化合物隔離膜，提高了低強(qiáng)度相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件脫模的成功率，避免了傳統(tǒng)模具制模時，試件與模具“黏結(jié)”的弊端。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，越來越多的常住人口涌入有限的城市空間。為解決城市人口增多與用地緊張的矛盾，越來越多的城市開始利用地下空間發(fā)展地下交通。地下隧道洞室的開挖必然會對原巖造成擾動，引起圍巖應(yīng)力重分布，進(jìn)而影響地表建筑物的安全與穩(wěn)定。特別是在圍巖強(qiáng)度較低的破碎地層中進(jìn)行隧道開挖時，為保證施工安全，必須通過相似材料物理模型試驗(yàn)來模擬施工過程中軟弱圍巖的物理力學(xué)性狀，進(jìn)而通過模型試驗(yàn)反推施工參數(shù)，這對于在復(fù)雜地質(zhì)條件下，保證工程的安全與穩(wěn)定具有重大意義。地下隧道工程施工過程中，不同的洞室開挖順序，不同的施工方法，必然會對圍巖產(chǎn)生不同的影響。尋找一種快捷、經(jīng)濟(jì)、安全、高效的施工工序是近年來業(yè)界較為關(guān)注的一個課題。隨著施工工藝水平與機(jī)械工程的發(fā)展，地下工程隧道開挖斷面越來越大，對地表建筑物造成的施工擾動也越來越大。為了確保工程的安全與穩(wěn)定，在施工過程中都會加強(qiáng)對地面建筑物和洞室圍巖的位移變形監(jiān)測。城市建設(shè)中大斷面隧道工程出現(xiàn)的頻率越來越多，隨之帶來的諸多問題也越來越復(fù)雜。因此，大斷面隧道開挖已成為當(dāng)前地下工程中重要且不可回避的問題。
[0003]目前，研究軟弱破碎地層隧道開挖施工過程中圍巖力學(xué)行為的主要手段多為數(shù)值分析及模型試驗(yàn)，大尺度、大斷面隧道的施工方法和圍巖穩(wěn)定性研究是該方向的主要課題。雖然數(shù)值分析法在研究較為復(fù)雜的施工問題時具有簡便易行的優(yōu)點(diǎn)，但是數(shù)值計(jì)算模型往往與實(shí)際工程地質(zhì)條件出入較大。因此，幾乎所有的重大工程，都會采用一定相似比的相似材料模型試驗(yàn)來模擬施工工況，有的工程甚至采用1:1的原型試驗(yàn)。在軟弱破碎巖體中開挖洞室施工，由于圍巖強(qiáng)度較低，易發(fā)生洞室垮塌、圍巖破裂等現(xiàn)象，因此在此種圍巖強(qiáng)度條件下，相似材料模型試驗(yàn)成為了不可或缺的工序。
[0004]在開展低強(qiáng)度巖體相似材料模型試驗(yàn)的過程中，選取符合現(xiàn)場巖體力學(xué)參數(shù)的相似材料配比是該方法的關(guān)鍵。尋找合適的相似材料配比要求開展大量的配比試驗(yàn):選取不同的相似材料配比，分別批量制作標(biāo)準(zhǔn)試件，通過單軸抗壓試驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)等來確定不同配比的物理力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而確定最終配比。同時低強(qiáng)度大尺度模型在澆筑、養(yǎng)護(hù)、開挖、加載等過程中需要配套的試驗(yàn)臺架設(shè)備。近年來，國內(nèi)外很多學(xué)者也在不斷推進(jìn)和發(fā)展此類模型試驗(yàn)方法和技術(shù)。已有許多學(xué)者在地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)方面開展了大量的工作，得到了許多有益的成果與結(jié)論。
[0005]目前已有的標(biāo)準(zhǔn)試件制作模具存在一些不足之處:①現(xiàn)有的模具在制作低強(qiáng)度相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件時，由于相似材料強(qiáng)度低，多發(fā)生脫模失敗，試件破損，造成材料浪費(fèi)，影響試驗(yàn)進(jìn)度；②許多標(biāo)準(zhǔn)試件模具過于追求形式簡單、造價低廉，結(jié)果不能滿足巖土相似材料強(qiáng)度、剛度的要求；③大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)試件模具主體部分采用的全封閉柱體，雖然保證了標(biāo)準(zhǔn)試件的尺寸精度，但也造成了脫模困難，在強(qiáng)行脫模時，造成標(biāo)準(zhǔn)試件報(bào)廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是在于提供一種高效、準(zhǔn)確的制作低強(qiáng)度巖體相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件的模具，力求達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，該模具包括頂蓋、底蓋、固定套箍、分片組合式側(cè)板、高分子化合物隔離膜。通過該模具制作的相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度合理、尺寸精確，能夠快速的尋找到滿足現(xiàn)場巖土物理力學(xué)參數(shù)要求的相似材料配比，極大地有利于低強(qiáng)度圍巖相似材料物理模型試驗(yàn)的研究。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種低強(qiáng)度相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件制作模具，它由第一高強(qiáng)內(nèi)嵌式頂蓋、第二高強(qiáng)內(nèi)嵌式頂蓋、第一固定套箍、第二固定套箍、高分子化合物隔離膜、第一分片組合式側(cè)板、第二分片組合式側(cè)板組成，其特征在于:低強(qiáng)度相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件制作模具中第一分片組合式側(cè)板、第二分片組合式側(cè)板拼裝在一起后，用第一固定套箍、第二固定套箍將第一分片組合式側(cè)板、第二分片組合式側(cè)板固定，在保證標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸精度的同時，更便于拆模。在巖土相似材料與第一分片組合式側(cè)板、第二分片組合式側(cè)板之間布置高分子化合物隔離膜，防止相似材料與模具發(fā)生“黏結(jié)”現(xiàn)象，提高了低強(qiáng)度相似材料的成形率與拆模后的完整性。制作標(biāo)準(zhǔn)試件分層填料結(jié)束時可通過第一高強(qiáng)內(nèi)嵌式頂蓋、第二高強(qiáng)內(nèi)嵌式頂蓋對試件振搗壓實(shí)，保證標(biāo)準(zhǔn)試件的密實(shí)度和強(qiáng)度。低強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試件制作模具是通過第一固定套箍、第二固定套箍將第一分片組合式側(cè)板、第二分片組合式側(cè)板拼裝成整體，然后高分子化合物隔離膜“貼附”在第一分片組合式側(cè)板、第二分片組合式側(cè)板內(nèi)側(cè)，第一高強(qiáng)內(nèi)嵌式頂蓋、第二高強(qiáng)內(nèi)嵌式頂蓋分別位于側(cè)板柱體的兩端。這種設(shè)計(jì)既保證了模具尺寸的精度，又保證了模具組合拼裝與拆裝脫模的方便、高效。
[0008]本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)和效果:
①在巖土相似材料與模具側(cè)板間布置高分子化合物隔離膜，避免了相似材料與側(cè)板直接接觸，從而避免了 “黏結(jié)”現(xiàn)象；
②模具主體采用兩片組合式側(cè)板，兩片側(cè)板通過固定套箍拼裝在一起，既保證了模具的整體性，又便于拆模，提高配比試驗(yàn)效率；
③模具柱體兩端采用嵌入式頂?shù)咨w，在填料結(jié)束時，能夠?qū)υ嚰駬v壓實(shí)，保證了標(biāo)準(zhǔn)試件的密實(shí)度與強(qiáng)度。
[0009]④該模具制作的試件尺寸精確，且能夠在填料壓實(shí)后即拆模養(yǎng)護(hù)，即使含水量高、強(qiáng)度極低的材料也可在5分鐘內(nèi)拆模，對于大批量制作標(biāo)準(zhǔn)試