一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具，包括槽形定位底座，弧形活動板和模具外框，槽形定位底座為矩形槽體，槽體上邊框設有小臺階和T形凹槽；弧形活動板由N片疊片疊合構(gòu)成，通過螺桿、螺母定位于槽形定位底座中；模具外框為矩形，罩在弧形活動板外，其下邊框放置在槽形定位底座的小臺階上。使用本模具制作試樣的方法是：把疊片全部套在兩個螺桿上，對照試樣結(jié)構(gòu)面起伏角度和尺寸調(diào)整兩個螺桿上每一片疊片安裝的高度，使每一片疊片與結(jié)構(gòu)面起伏角度和尺寸吻合后，用螺母固定緊形成弧形活動板；對模具外框內(nèi)壁及弧形活動板涂脫模劑；倒入澆筑料制樣，養(yǎng)護后脫模制得試樣。本模具結(jié)構(gòu)簡單，對結(jié)構(gòu)面起伏度和尺寸易于控制操作。
【專利說明】一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具，具體地說是制作一種直剪試驗用波狀起伏結(jié)構(gòu)面模型的模具，尤其適用于制作上下盤相互吻合的一組波浪狀結(jié)構(gòu)面。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石結(jié)構(gòu)面是巖體內(nèi)存在著不同成因、不同特性的地質(zhì)界面，包括物質(zhì)分異面和不連續(xù)面，如層理、片理、斷層和節(jié)理。結(jié)構(gòu)面的存在破壞了巖體的連續(xù)性和完整性，也正是由于結(jié)構(gòu)面的存在而造成巖質(zhì)邊坡經(jīng)常有滑坡災害事故發(fā)生，因此對巖體中的結(jié)構(gòu)面進行研究是解決巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性難題的關(guān)鍵。
[0003]結(jié)構(gòu)面的抗剪強度很大程度上影響著巖體的穩(wěn)定性，是工程設計中的重要參考指標。直剪試驗是獲取結(jié)構(gòu)面抗剪強度參數(shù)的重要方法，通過直剪試驗取得結(jié)構(gòu)面的力學參數(shù)，為工程設計提供依據(jù)。在傳統(tǒng)的直剪試驗中，通常采用原巖結(jié)構(gòu)面的試樣進行直剪試驗，需要至少4-5個相類似的原巖結(jié)構(gòu)面分別在不同正壓力條件下施加軸向壓力進行剪切直至破壞，從而獲得巖體結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，再采用摩爾-庫倫理論求得總抗剪強度參數(shù)和有效抗剪強度參數(shù)。然而在野外取原巖結(jié)構(gòu)面試樣時無法在同一處取得多個完全一致的樣品，進而使得結(jié)構(gòu)面試驗結(jié)果與實際存在著較大誤差，這些存在誤差的參數(shù)對工程設計造成嚴重的影響，且原巖結(jié)構(gòu)面的試驗是破壞性試驗，一旦破壞了不能修復和重復利用。
[0004]同時采用原巖結(jié)構(gòu)面存在多種不足:(I)原巖結(jié)構(gòu)面的現(xiàn)場取樣的成本高，運輸困難，試驗周期長，且試驗樣本較少，獲得的試驗結(jié)果高度離散，很難統(tǒng)計，更難以滿足大量工程的需要(2)由于原巖結(jié)構(gòu)面的上下盤在取樣、切割、搬運及安裝過程中結(jié)構(gòu)面的表面形態(tài)易破損，造成上下盤結(jié)構(gòu)面吻合度差，而結(jié)構(gòu)面的表面形態(tài)是影響抗剪強度的重要因素，因此會對試驗結(jié)果造成較大誤差。(3)不能進行多種起伏度的結(jié)構(gòu)面直剪試驗，由于一個原巖結(jié)構(gòu)面只能進行一次破壞性試驗，因此不能得到不同起伏度的試樣，進而不能分析結(jié)構(gòu)面的起伏形態(tài)對結(jié)構(gòu)面強度的影響機理及程度，故不能把試驗結(jié)果直接運用到實際工程巖體中。(4)對于如泥巖之類軟巖及土體類在野外難于取得結(jié)構(gòu)面，且其表面形態(tài)各異，起伏偏弧狀，其對巖體穩(wěn)定性影響又頗大，只能在室內(nèi)模型試驗的基礎上研究其力學特性。由于上述原因，如果能把原巖結(jié)構(gòu)面的表面形態(tài)及吻合度復制出來，并且模擬出現(xiàn)場無法取樣的巖體結(jié)構(gòu)面，就可以代替原巖結(jié)構(gòu)面進行直剪試驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有巖石結(jié)構(gòu)面現(xiàn)場取樣難、試驗樣本少，試驗周期長，試驗成本高、直剪試驗結(jié)果不可靠或不能體現(xiàn)特殊性的缺點，而提供一種操作方便、制作精度高、速度快的起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具，且所制作的直剪試驗結(jié)構(gòu)面試樣的尺度及起伏度多樣，上下盤吻合度高。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)措施是:提供一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具，包括槽形定位底座，弧形活動板和模具外框，所述的槽形定位底座為一個矩形槽體，槽體的上邊框設有一圈小臺階，槽體的兩側(cè)寬邊中均設有2個T形凹槽，所述的弧形活動板通過螺桿、螺母定位于槽形定位底座中，螺桿與兩端的螺母落在槽形定位底座的2個T形凹槽上；所述的模具外框為矩形，其周長與槽形定位底座的小臺階周長相等，兩側(cè)寬邊中設有槽口，模具外框罩在弧形活動板外，模具外框所設的槽口位置與螺桿、螺母安裝的位置對應，模具外框的下邊框放置在槽形定位底座的小臺階中。
[0007]本發(fā)明所述的弧形活動板由N片疊片緊密疊合構(gòu)成，所述的疊片具有相對的厚度，每片疊片的表面設有滾花，每片疊片中設有兩條條形螺桿固定孔，條形螺桿固定孔孔徑與螺桿直徑一樣，通過控制調(diào)節(jié)每片疊片在螺桿中安裝的位置構(gòu)成弧形活動板可控的、不同起伏度的波狀結(jié)構(gòu)面。
[0008]本發(fā)明中所述的弧形活動板波浪狀結(jié)構(gòu)面的起伏角度調(diào)節(jié)范圍為0°?45°。
[0009]本發(fā)明中所述的疊片數(shù)量N與弧形活動板的長度和制作的每一疊片的厚度相關(guān)。
[0010]本發(fā)明中槽形定位底座為不銹鋼槽體，模具外框為金屬框，疊片表面可設各種滾花，設滾花的目的是為了增大疊片與疊片之間的摩擦力，以防止制作模型試樣時疊片位移使設計好的結(jié)構(gòu)面起伏波形形狀發(fā)生變化。將疊片插在螺桿上，按照擬定的形狀進行排列，得到所需要的結(jié)構(gòu)面起伏形狀之后用螺母將其固定。然后將組合成的弧形結(jié)構(gòu)板安置在槽形定位底座之上，并將模具外框罩在弧形結(jié)構(gòu)板外，且在槽形定位底座上面，即可進行結(jié)構(gòu)面模型試樣的澆筑。
[0011]本發(fā)明通過N片疊片緊密疊合及控制每片疊片安裝的高度，就可隨意構(gòu)成起伏度變化弧形活動板，解決了如何模擬與原巖表面形態(tài)一致、結(jié)構(gòu)面上下盤吻合度高及多種起伏度的結(jié)構(gòu)面模型的制作。
[0012]本發(fā)明還提供一種使用上述的起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具的方法，按如下步驟操作:
[0013](a)使用所述的模具制作試驗模型前，先確定好要做試驗用的結(jié)構(gòu)面起伏角度和尺寸，將結(jié)構(gòu)面起伏角度和尺寸的輪廓清晰地畫在白紙或畫在一個平面上；把模具中的兩個螺桿其中一端都固定好螺母，將每一片疊片依次緊密地套在兩個螺桿上，疊片側(cè)放在所述的白紙或平面上，疊片頂部朝畫有結(jié)構(gòu)面起伏的輪廓，疊片都在兩個螺桿上套好后，對照畫有結(jié)構(gòu)面起伏的輪廓依次調(diào)整每一疊片的位置，得到需要的結(jié)構(gòu)面起伏角度和形態(tài)后，用螺母將兩個螺桿的另一端固定緊，確保每個疊片都固定不動，這樣形成所需要起伏角度和尺寸的弧形活動板；
[0014](b)將槽形定位底座固定在水平面上，將固定好的弧形活動板安放在槽形定位底座上，然后將模具外框罩在弧形活動面板外面，且放在槽形定位底座上，并保證模具外框的下側(cè)邊放置在槽形定位底座的小臺階上，模具外框的兩側(cè)寬邊上的兩個槽口卡住兩側(cè)螺母;
[0015](C)對模具外框的內(nèi)側(cè)壁及弧形活動板涂脫模劑處理；
[0016](d)將砂、水、硅粉、水泥、減少劑按設定的配合比進行稱量，并把稱量好的原材料倒入到攪拌機中進行攪拌；攪拌均勻后，把混合材料分層倒入試樣模具內(nèi)，澆筑過程中充分振搗；燒筑完畢將模擬巖石的上表面做成水平的；試樣保水養(yǎng)護14天后,把試樣連同模具一起進行翻轉(zhuǎn)，并把制得的下盤結(jié)構(gòu)面模型上已用過的隔離膜去掉；[0017](e)再次重復上述步驟(d)，澆筑試樣，試樣保水養(yǎng)護14天后，進行脫模處理，即可得到與所制的下盤結(jié)構(gòu)面起伏度和尺寸一樣的上盤結(jié)構(gòu)面；
[0018](f)在制得的下盤結(jié)構(gòu)面上進行涂油處理，并鋪上隔離膜，然后將上述制得的上盤結(jié)構(gòu)面翻轉(zhuǎn)一百八十度放在下盤波浪狀結(jié)構(gòu)面上，調(diào)整一下，使得上下盤結(jié)構(gòu)面起伏度完全貼合；就可得到完全吻合的波狀起伏結(jié)構(gòu)面模型，繼續(xù)養(yǎng)護14天后可進行試樣的抗剪強度直剪試驗；
[0019](g)重復上述步驟(b)?(d)數(shù)次，并分別調(diào)整弧形結(jié)構(gòu)板上疊片的位置，便得到不同角度和尺寸的波狀起伏結(jié)構(gòu)面模型。
[0020]本發(fā)明的模具與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:
[0021](I)通過本發(fā)明的配套模具，解決了原巖結(jié)構(gòu)面取樣困難、吻合度差、不能做多種起伏度及工期長、費用高等缺點。本發(fā)明模具可制作不同起伏度的波狀結(jié)構(gòu)面試樣，起伏度可調(diào)節(jié)的范圍為0°?45°，也可以模擬制作各種不同尺度波狀表面起伏形態(tài)的巖體結(jié)構(gòu)面，滿足工程巖體結(jié)構(gòu)面制樣要求。
[0022](2)本發(fā)明模具可以制作各類軟巖結(jié)構(gòu)面及土體接觸面試樣，解決了軟巖及土體取樣存在取樣難度大、規(guī)則性差、難于搬運和制樣等諸多難點，解決了工程實踐的這一技術(shù)難題，為軟巖結(jié)構(gòu)面及土體接觸面室內(nèi)試驗的研究提供了更為便捷的制樣方式。
[0023](3)本發(fā)明模具可依次制作結(jié)構(gòu)面上、下盤試樣，節(jié)省材料，且制作的結(jié)構(gòu)面模型的上下盤完全吻合，極大地提高了直剪試驗的精度。本模具可以開展不同相似配比材料進行不同強度特性的巖塊和結(jié)構(gòu)面的制樣，具有適用面廣的特點。
[0024](4)本模具為開放式制樣模具，可方便地進行巖塊和結(jié)構(gòu)面的制樣操作，簡便快捷，使用成本較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1本發(fā)明一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣模具的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2本發(fā)明中試樣模具的槽形定位底座的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3本發(fā)明中試樣模具的模具外框結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4本發(fā)明中試樣模具的螺桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5本發(fā)明中試樣模具的弧形活動板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖6本發(fā)明中試樣模具的疊片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ] 上述圖中:1-槽形定位底座，2-模具外框，3-弧形活動板，4-螺母，5-螺桿，6-T形凹槽，7-小臺階，8-疊片，9-滾花，10-條形螺桿固定孔。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳述。
[0033]實施例1:本發(fā)明提供的一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用模塊化設計思路，設計了槽形定位底座1，弧形活動板3和模具外框2，所述的槽形定位底座I為一個矩形槽體，參見圖2，槽體的上邊框設有一圈小臺階7，槽體的兩側(cè)寬邊中均設有2個T形凹槽6，所述的弧形活動板3通過螺桿5、螺母4定位于槽形定位底座I中，螺桿5與兩端的螺母4落在槽形定位底座設有的2個T形凹槽上6中；所述的模具外框2為矩形框，其周長與槽形定位底座的小臺階周長相等，模具外框2兩側(cè)寬邊中設有槽口，參見圖3，模具外框罩在弧形活動板3外，模具外框2所設的槽口位置與螺桿、螺母安裝的位置對應，模具外框的下邊框放置在槽形定位底座的小臺階7上。螺桿5的結(jié)構(gòu)參見圖4。
[0034]本發(fā)明所述的弧形活動板3由N片疊片8緊密疊合構(gòu)成，參見圖5、6所述的疊片8具有相對的厚度，在每片疊片的表面設網(wǎng)狀的滾花9，每片疊片中設有兩條條形螺桿固定孔10，條形螺桿固定孔10孔徑與螺桿5直徑一樣，通過控制調(diào)節(jié)每片疊片8在螺桿5中安裝的位置構(gòu)成弧形活動板3可控的、不同起伏度的波狀結(jié)構(gòu)面。
[0035]本發(fā)明所述制樣模具的槽形定位底座1、模具外框2為不銹鋼制作，所述疊片8也采用金屬板，疊片表面設有網(wǎng)狀的滾花9，可增大疊片與疊片之間的摩擦力，以防制作模型試樣時起伏形狀發(fā)生變化。將疊片插在螺桿上，按照擬定的起伏形狀進行排列，得到所需要的結(jié)構(gòu)面起伏形狀之后用螺母將其固定。然后將組合成的弧形結(jié)構(gòu)板安置在槽形定位底座之上，并將模具外框罩在上面，即可進行結(jié)構(gòu)面模型試樣的澆筑。
[0036]實施例2:使用本發(fā)明實施例1的模具制作試驗模型的方法，按如下步驟操作:
[0037](a)在使用本發(fā)明的模具制作試驗模型前，先確定好要做試驗用的結(jié)構(gòu)面起伏角度和尺寸，將結(jié)構(gòu)面起伏角度和尺寸的輪廓清晰地畫在一個平面上；把兩個螺桿5 —端都固定好一個螺母4，將疊片8 一片一片依次緊密地套在兩個螺桿上，疊片8側(cè)放在平面上，疊片頂部朝畫有結(jié)構(gòu)面起伏的輪廓，疊片8都在兩個螺桿上套好以后，對照畫有結(jié)構(gòu)面起伏輪廓依次調(diào)整每一疊片8的位置，得到需要的結(jié)構(gòu)面起伏角度和形態(tài)后，用螺母將兩個螺桿的另一端固定緊，以防止疊片的位移滑落，影響試樣的制作；這樣就形成弧形活動板3。
[0038](b)將槽形定位底座I固定在水平地面上,如圖1所示，將固定好的弧形活動板3安放在槽形定位底座I之上，確保每個疊片都固定不動，然后將模具外框2罩在弧形活動面板3外面，且放在槽形定位底座I之上，保證模具外框的下側(cè)邊放置在槽形定位底座I的小臺階7上，模具外框2的兩側(cè)寬邊上的兩個槽口卡住兩側(cè)螺母。
[0039](c)對模具外框2的內(nèi)側(cè)壁及弧形活動板3進行涂脫模劑(油)處理。
[0040](d)將砂、水、硅粉、水泥、減少劑按設定的配合比進行稱量，并把稱量好的原材料倒入到攪拌機中進行攪拌。攪拌均勻后，把混合材料分層倒入試樣模具內(nèi)，澆筑的過程中對其充分振搗；燒筑完畢后把模擬巖石的上表面做成是水平的。試樣保水養(yǎng)護14天后,把試樣連同模具一起進行翻轉(zhuǎn)，并把制得的下盤結(jié)構(gòu)面模型上已用過的隔離膜去掉。
[0041](e)再次重復上述步驟(d)，澆筑試樣，試樣保水養(yǎng)護14天后，進行脫模處理，即可得到與所制的下盤結(jié)構(gòu)面起伏度和尺寸一樣的上盤結(jié)構(gòu)面。
[0042](f)在制得的下盤結(jié)構(gòu)面上進行涂油處理，并鋪上隔離膜，然后將上述制得的上盤結(jié)構(gòu)面翻轉(zhuǎn)一百八十度放在下盤波浪狀結(jié)構(gòu)面上，調(diào)整一下，使得上下盤結(jié)構(gòu)面起伏度完全貼合。就可得到完全吻合的波狀起伏結(jié)構(gòu)面模型，繼續(xù)養(yǎng)護14天后可進行試樣的抗剪強度直剪試驗。
[0043](g)重復上述步驟(b)?(d)數(shù)次，并分別調(diào)整弧形結(jié)構(gòu)板上疊片的位置，便可以得到不同角度和尺寸的波狀起伏結(jié)構(gòu)面模型。
[0044]根據(jù)結(jié)構(gòu)面模型可進行不同起伏度和尺寸的直剪試驗，在此基礎上就可以分析結(jié)構(gòu)面的表面形態(tài)對其抗剪強度的影響程度及抗剪強度的尺寸效應。并在此基礎上研究軟巖結(jié)構(gòu)面及土體接觸面的力學特征。
[0045]本發(fā)明起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具結(jié)構(gòu)簡單，通過調(diào)節(jié)疊片的擺放位置實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)面起伏度和尺寸的控制，裝置簡潔易于操作，使用成本較低，應用前景廣闊。
【權(quán)利要求】
1.一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具，包括槽形定位底座，弧形活動板和模具外框，其特征在于:所述的槽形定位底座為一個矩形槽體，槽體的上邊框設有一圈小臺階，槽體的兩側(cè)寬邊中均設有2個T形凹槽，所述的弧形活動板通過螺桿、螺母定位于槽形定位底座中，螺桿與兩端的螺母落在槽形定位底座的2個T形凹槽上；所述的模具外框為矩形，其周長與槽形定位底座的小臺階周長相等，兩側(cè)寬邊中設有槽口，模具外框罩在弧形活動板外，模具外框所設的槽口位置與螺桿、螺母安裝的位置對應，模具外框的下邊框放置在槽形定位底座的小臺階中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具，其特征在于:所述的弧形活動板由N片疊片緊密疊合構(gòu)成，所述的疊片為具有相對厚度的矩形體，每片疊片的表面設有滾花，每片疊片中設有兩條條形螺桿固定孔，通過控制調(diào)節(jié)每片疊片在螺桿中安裝的位置構(gòu)成弧形活動板可控的不同的波狀起伏結(jié)構(gòu)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具，其特征在于:所述的弧形活動板波浪狀結(jié)構(gòu)面的起伏角度調(diào)節(jié)范圍為0°?45°。
4.一種使用權(quán)利要求1所述的起伏度可控的波狀起伏結(jié)構(gòu)面試樣制作模具的方法，其特征在于:按如下步驟操作: (a)使用所述的模具制作試驗模型前，先確定好要做試驗用的結(jié)構(gòu)面起伏角度和尺寸，將結(jié)構(gòu)面起伏角度和尺寸的輪廓清晰地畫在白紙或畫在一個平面上；把模具中的兩個螺桿其中一端都固定好螺母，將每一片疊片依次緊密地套在兩個螺桿上，疊片側(cè)放在所述的白紙或平面上，疊片頂部朝畫有結(jié)構(gòu)面起伏的輪廓，疊片都在兩個螺桿上套好后，對照畫有結(jié)構(gòu)面起伏的輪廓依次調(diào)整每一疊片的位置，得到需要的結(jié)構(gòu)面起伏角度和形態(tài)后，用螺母將兩個螺桿的另一端固定緊，確保每個疊片都固定不動，這樣形成所需要起伏角度和尺寸的弧形活動板； (b)將槽形定位底座固定在水平面上，將固定好的弧形活動板安放在槽形定位底座上，然后將模具外框罩在弧形活動面板外面，且放在槽形定位底座上，并保證模具外框的下側(cè)邊放置在槽形定位底座的小臺階上，模具外框的兩側(cè)寬邊上的兩個槽口卡住兩側(cè)螺母； (c)對模具外框的內(nèi)側(cè)壁及弧形活動板涂脫模劑處理； (d)將砂、水、硅粉、水泥、減少劑按設定的配合比進行稱量，并把稱量好的原材料倒入到攪拌機中進行攪拌；攪拌均勻后，把混合材料分層倒入試樣模具內(nèi)，澆筑過程中充分振搗；澆筑完畢將模擬巖石的上表面做成水平的；試樣保水養(yǎng)護14天后，把試樣連同模具一起進行翻轉(zhuǎn)，并把制得的下盤結(jié)構(gòu)面模型上已用過的隔離膜去掉； (e)再次重復上述步驟(d)，澆筑試樣，試樣保水養(yǎng)護14天后，進行脫模處理，即可得到與所制的下盤結(jié)構(gòu)面起伏度和尺寸一樣的上盤結(jié)構(gòu)面； (f)在制得的下盤結(jié)構(gòu)面上進行涂油處理，并鋪上隔離膜，然后將上述制得的上盤結(jié)構(gòu)面翻轉(zhuǎn)一百八十度放在下盤波浪狀結(jié)構(gòu)面上，調(diào)整一下，使得上下盤結(jié)構(gòu)面起伏度完全貼合；就可得到完全吻合的波狀起伏結(jié)構(gòu)面模型，繼續(xù)養(yǎng)護14天后可進行試樣的抗剪強度直剪試驗； (g)重復上述步驟(b)?(d)數(shù)次，并分別調(diào)整弧形結(jié)構(gòu)板上疊片的位置，便得到不同角度和尺寸的波狀起伏結(jié)構(gòu)面模型。
【文檔編號】G01N1/28GK103674646SQ201310674650
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】王姣, 李長冬, 張永權(quán), 梁德明, 劉飛, 廖偉, 劉昕旺, 代先堯, 易賢龍 申請人:中國地質(zhì)大學（武漢）