一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，包括從下到上依次疊置的巖橋底盤、巖橋架、裂隙盤和上蓋盤，所述巖橋底盤上設(shè)有供巖橋架套設(shè)的圓形凹槽，所述巖橋架可在圓形凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)，巖橋架的兩端對稱設(shè)有可在巖橋架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的所述裂隙盤，所述裂隙盤在垂直方向設(shè)有可將預(yù)裂隙片夾緊的夾具，裂隙盤的表面帶有一圈用于調(diào)節(jié)夾具與巖橋架之間角度的間隙刻度，所述上蓋盤與巖橋底盤活動(dòng)連接將巖橋架緊壓在圓形凹槽內(nèi)，圓形凹槽的四周或上蓋盤上設(shè)有一圈用于調(diào)節(jié)巖橋架與巖橋底盤之間角度的巖橋刻度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠準(zhǔn)確調(diào)整裂隙盤和巖橋的角度，制定出所需要的帶有精準(zhǔn)裂隙定位的類巖石試件。
【專利說明】
一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種易行的在類巖石材料試件中精確調(diào)節(jié)預(yù)制裂隙及巖橋傾角，同時(shí)控制巖橋和裂隙的尺寸變量的模具，屬于巖石力學(xué)測試用樣品的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國西南水電工程的建設(shè)，廣泛分布其間的節(jié)理巖體這一具有明顯流變特性而嚴(yán)重影響著大壩長期穩(wěn)定性的問題凸顯了出來。高壩蓄水后，巨大的上下游水頭差會(huì)引起應(yīng)力場、滲流場變化，在它們作用下節(jié)理巖體會(huì)產(chǎn)生流變損傷、變形，甚至失穩(wěn)破壞，因此亟需在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬開展對內(nèi)部含非貫通裂隙巖石的長期力學(xué)參數(shù)的研究。
[0003]然而，天然巖石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在天然試件中預(yù)制高精度的裂隙尺寸、方位，又不對原試件造成損傷頗難實(shí)現(xiàn)。因此，國內(nèi)各實(shí)驗(yàn)室廣泛采用的是水泥砂漿、石膏等類巖石材料試件，通過在類巖石材料試件中預(yù)制相應(yīng)的裂隙來進(jìn)行研究。但在對類巖石材料振搗過程中，預(yù)制裂隙常常會(huì)錯(cuò)位，加上預(yù)制裂隙和巖橋的角度、尺寸等參數(shù)往往復(fù)雜卻需要精密的控制，預(yù)裂隙類巖石試件制作頗為不易。
[0004]現(xiàn)有的模具或因預(yù)制裂隙定位不準(zhǔn)確，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜操作不易，或者成本太高又不能同時(shí)完成大批試件的制作。如申請?zhí)枮镃N201110401994.4的中國發(fā)明專利公開了一種含隨機(jī)多裂紋體的類巖石材料試件的制備方法，該方法中金屬片較容易松動(dòng)導(dǎo)致制作的裂縫精確度不夠。申請?zhí)枮镃N201310073165.7的專利公開了一種能精確定位充填型預(yù)制裂隙的類巖石試件模具，該模具給出的裂隙角度變量精度較小，同時(shí)使用該模具只能在試件具有一定強(qiáng)度后方能拆模開始下一試件的制作。申請?zhí)枮镃N201410139078.1的專利公開了一種用于斷續(xù)雙裂隙巖石三軸壓縮試驗(yàn)的類巖石試件模具，該模具裂隙角度變量精度不高，同時(shí)加工較為困難。
[0005]因此亟需建立一種易行的在類巖石材料試件中精確調(diào)節(jié)預(yù)制裂隙及巖橋傾角，同時(shí)控制巖橋和裂隙的尺寸變量的模具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，解決了現(xiàn)有技術(shù)中裂隙定位不準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)復(fù)雜操作不易的技術(shù)問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，包括從下到上依次疊置的巖橋底盤、巖橋架、裂隙盤和上蓋盤，所述巖橋底盤上設(shè)有供巖橋架套設(shè)的圓形凹槽，所述巖橋架可在圓形凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)，巖橋架的兩端對稱設(shè)有可在巖橋架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的所述裂隙盤，所述裂隙盤在垂直方向設(shè)有可將預(yù)裂隙片夾緊的夾具，裂隙盤的表面帶有一圈用于調(diào)節(jié)夾具與巖橋架之間角度的間隙刻度，所述上蓋盤與巖橋底盤活動(dòng)連接將巖橋架緊壓在圓形凹槽內(nèi)，圓形凹槽的四周或上蓋盤上設(shè)有一圈用于調(diào)節(jié)巖橋架與巖橋底盤之間角度的巖橋刻度。
[0008]進(jìn)一步的，所述巖橋架為兩個(gè)，分別為上巖橋架和下巖橋架，圓形凹槽的四周設(shè)有一圈用于調(diào)節(jié)下巖橋架角度的巖橋刻度，上蓋盤上帶有一圈用于調(diào)節(jié)上巖橋架角度的巖橋刻度。
[0009]進(jìn)一步的，所述巖橋底盤框架為“工”字形，巖橋底盤包含橫架在中間的橫桿，所述橫桿中間設(shè)有圓柱形突起，圓柱形突起與橫桿之間形成所述的圓形凹槽，橫桿上圓柱形突起的相對面對稱地設(shè)有供上蓋盤嵌入的凹槽。
[0010]進(jìn)一步的，所述巖橋刻度和裂隙刻度的精度均為5度。
[0011]進(jìn)一步的，所述巖橋底盤底部四角處設(shè)有三角柱，四個(gè)三角柱用于將巖橋底盤固定在試件澆鑄模具上。
[0012]進(jìn)一步的，所述夾具為具有彈性的塑料制成。
[0013]進(jìn)一步的，所述裂隙盤與巖橋架通過第一帶帽螺栓活動(dòng)連接，上蓋盤與巖橋底盤通過第二帶帽螺栓活動(dòng)連接，第一帶帽螺栓從下貫穿裂隙盤及巖橋架和與第一帶帽螺栓螺紋匹配的第一旋固帽連接，第二帶帽螺栓從下貫穿圓柱形突起及上蓋盤和與第而帶帽螺栓螺紋匹配的第二旋固帽連接。
[0014]進(jìn)一步的，所述巖橋架的兩端分別標(biāo)刻有指向裂隙刻度和巖橋刻度的標(biāo)記。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是:
1)本發(fā)明模具通過選取合適的巖橋架和預(yù)裂隙片的長度，調(diào)整裂隙盤和巖橋的角度，可以同時(shí)調(diào)節(jié)巖橋長度L1、裂隙長度L2、裂隙傾角α及巖橋傾角β變量，制定出所需要的帶有精準(zhǔn)裂隙定位的類巖石試件；
2)本發(fā)明包括兩個(gè)巖橋架，可以同時(shí)制備出四個(gè)裂隙，提高工作效率；
3)模具制作對試件進(jìn)行裂隙預(yù)制效率高，在角度調(diào)整完成后，即可松開巖橋架上的兩個(gè)旋固帽，使巖橋架與裂隙盤分離，將裂隙盤和預(yù)裂隙片留于試件上，再置入新的裂隙盤調(diào)好角度，旋固后夾持好預(yù)裂隙片，無需等待即可開始下一個(gè)試件的預(yù)裂隙制作；
4)本發(fā)明在巖橋底盤四角處設(shè)置了三角柱，以保證本模具與試件澆鑄模具的連接穩(wěn)定，避免因操作導(dǎo)致錯(cuò)位引起誤差；
5)本發(fā)明制備裂隙的模具結(jié)構(gòu)簡單，操作簡易，制作成本低，適于推廣。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明制備裂隙的模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的裂隙盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明使用過程中裂隙盤與巖橋架的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明使用過程中調(diào)整裂隙角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明使用過程中巖橋架安裝在巖橋底盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明使用過程中與試件澆鑄模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是裂隙制備完成后裂隙盤在類巖石試件中的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是本發(fā)明在類巖石試件上制得裂隙的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9是本發(fā)明在類巖石試件上制得裂隙的主視圖。
[0017]圖中:1、巖橋底盤;2、巖橋架;3、裂隙盤;4、夾具;5、上蓋盤;6、第一帶帽螺栓;7、第一旋固帽;8、第二帶帽螺栓;9、第二旋固帽；10、三角柱;11、試件澆鑄模具。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，包括從下到上依次疊置的巖橋底盤1、巖橋架2、裂隙盤3和上蓋盤5，所述巖橋底盤I上設(shè)有供巖橋架2套設(shè)的圓形凹槽，所述巖橋架2可在圓形凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)，巖橋架2的兩端對稱設(shè)有可在巖橋架2內(nèi)旋轉(zhuǎn)的所述裂隙盤3，所述裂隙盤3在垂直方向設(shè)有可將預(yù)裂隙片夾緊的夾具4，裂隙盤3的表面帶有一圈用于調(diào)節(jié)夾具4與巖橋架2之間角度的間隙刻度，所述上蓋盤5與巖橋底盤I活動(dòng)連接將巖橋架2緊壓在圓形凹槽內(nèi)，圓形凹槽的四周或上蓋盤5上設(shè)有一圈用于調(diào)節(jié)巖橋架2與巖橋底盤I之間角度的巖橋刻度。
[0020]本發(fā)明一實(shí)施例中，如圖1爆炸圖所示，所述巖橋架2為兩個(gè)，分別為上巖橋架和下巖橋架，圓形凹槽的四周設(shè)有一圈用于調(diào)節(jié)下巖橋架角度的巖橋刻度，上蓋盤5上帶有一圈用于調(diào)節(jié)上巖橋架角度的巖橋刻度。所述的巖橋架可根據(jù)實(shí)際巖橋長度需要求加工出不同長度，即可根據(jù)需要調(diào)整巖橋架的長度。每個(gè)巖橋架2的兩端設(shè)有兩個(gè)裂隙盤3，如圖2所示，裂隙盤3與巖橋架2通過第一帶帽螺栓6活動(dòng)連接，巖橋架的兩端分別標(biāo)刻有指向裂隙刻度的標(biāo)記，通過旋轉(zhuǎn)裂隙盤3可以調(diào)整裂隙盤3上用于夾緊預(yù)裂隙片的夾具4與巖橋架2之間的角度，裂隙角度旋轉(zhuǎn)固定后，第一帶帽螺栓6從下貫穿裂隙盤3和巖橋架2與第一旋固帽7連接，將裂隙盤3固定在巖橋架2上，避免滑移，進(jìn)而準(zhǔn)確制備出所需要一定角度的裂隙，提高裂隙的定位精確度。預(yù)裂隙片可以為云母片或鐵片等，所述的預(yù)裂隙片可根據(jù)實(shí)際裂隙長度需要求選取不同長度，即可根據(jù)需要調(diào)整預(yù)裂隙片的長度。為了對預(yù)裂隙片有更好的夾持效果，夾具4材料應(yīng)使用含一定彈性的塑料，如聚氨酯材料。在類巖石試件中制備裂隙時(shí)，兩個(gè)巖橋架一次可以制備出四條裂隙，提高工作效率。
[0021]進(jìn)一步的，如圖1所示，所述巖橋底盤I框架為“工”字形，巖橋底盤I包含橫架在中間的橫桿，所述橫桿中間設(shè)有圓柱形突起，圓柱形突起與橫桿之間形成所述的圓形凹槽，橫桿上圓柱形突起的相對面對稱地設(shè)有供上蓋盤5嵌入的凹槽。圓柱形突起為下面半徑大上面半徑小的圓柱體，半徑小的圓柱體高度恰好可以套設(shè)有兩個(gè)巖橋架2，上層的上蓋盤5嵌入到橫桿的凹槽中，每個(gè)巖橋架2的兩端還分別標(biāo)刻有指向巖橋刻度的標(biāo)記，下巖橋架上標(biāo)記指向圓形凹槽上的巖橋刻度，上巖橋架上的標(biāo)記指向上蓋盤上的巖橋刻度，巖橋角度旋轉(zhuǎn)固定后，通過第二帶帽螺栓8從下貫穿圓柱形突起和上蓋盤5與第二旋固帽9連接，將上蓋盤5與巖橋底盤I緊固連接，并利用上蓋盤5向下的壓力將巖橋架2緊固在圓形凹槽內(nèi)，以免出現(xiàn)滑移導(dǎo)致的誤差，提高裂隙的定位精確度。
[0022]進(jìn)一步的，所述巖橋刻度和裂隙刻度的精度均為5度。可調(diào)整巖橋角度和裂隙角度的精度高。
[0023]進(jìn)一步的，所述巖橋底盤I底部四角處設(shè)有三角柱10，四個(gè)三角柱10用于將巖橋底盤I固定在試件澆鑄模具11上，以保證本模具與試件澆鑄模具11的連接穩(wěn)定，避免因操作導(dǎo)致錯(cuò)位引起誤差。
[0024]本申請以一具體實(shí)施例來詳細(xì)闡述本發(fā)明制備裂隙模具的具體使用過程，以150x150x150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體水泥砂漿類巖石材料試件為例，在其中預(yù)制角度為30°和60°、長均為10mm的兩條巖橋；角度為30°、長為10mm、寬度為2mm的兩條裂隙；角度為60°、長為10mm、寬度為2mm的兩條裂隙。具體操作過程如下:
步驟一，將裂隙盤3安裝在巖橋架2的兩端:巖橋架2選取100mm，將第一帶帽螺栓6置入裂隙盤3;將裂隙盤3插入10mm的巖橋架2，如圖3所示，在裂隙盤3的下端將第一旋固帽7沿第一帶帽螺栓6旋緊至巖橋架2上，注意不要旋死，然后將裂隙盤3上的裂隙刻度線與巖橋架2上指向裂隙刻度的三角指針尖點(diǎn)對齊，旋調(diào)裂隙盤3至所需角度，本例由于巖橋角與裂隙角一致，指針應(yīng)指向O刻度，如圖4所示;然后，旋死第一旋固帽7，即完成在巖橋架2的兩端安裝好裂隙盤3，按照以上所述步驟安裝好下巖橋架和上巖橋架。
[0025]步驟二，將巖橋架2安裝在巖橋底盤I上:將步驟一中安裝好的下巖橋架翻轉(zhuǎn)180°，將其放置到巖橋底盤I的圓形凹槽內(nèi)，將下巖橋架上指向巖橋刻度的三角指針尖點(diǎn)與巖橋底盤I上巖橋刻度線對齊，粗調(diào)下巖橋架與巖橋底盤I至所需角度;然后在將上巖橋套設(shè)在下巖橋的上方，如圖5所示，上蓋盤5嵌入巖橋底盤I的凹槽中，將上巖橋架上指向巖橋刻度的三角指針尖點(diǎn)與上蓋盤5上巖橋刻度線對齊，粗調(diào)上巖橋架與上蓋盤5至所需角度;然后將第二帶帽螺栓8從巖橋底盤I中心穿入至上蓋盤5穿出，然后旋緊第二旋固帽9，同樣也不能旋死，根據(jù)巖橋底盤I和上蓋盤5上的巖橋刻度分別細(xì)調(diào)上巖橋和下巖橋架的角度后，將第二旋固帽9旋死，完成整個(gè)模具的安裝。
[0026]步驟三，在模具置入類巖石試件制備裂隙:將預(yù)先加工好四個(gè)的長為10mm，厚2mm的云母片分別用各裂隙盤3的夾具4夾緊，試件澆鑄模具11中澆鑄好類巖石試件，將該模具置入立方體的試件澆鑄模具11，以保證本模具與試件澆鑄模具11的連接穩(wěn)定，將該模具巖橋底盤I的四個(gè)小三角柱10在試件澆鑄模具11的四個(gè)內(nèi)角卡好，如圖6所示;在置入過程中可能在類巖石試件內(nèi)部產(chǎn)生孔隙，用水泥刮刀輕輕拍打試件澆鑄模具11四壁，將孔隙內(nèi)空氣排出即可，完成裂隙預(yù)制。
[0027]步驟四，分離裂隙盤3與模具:分別輕輕擰開固定裂隙盤3的四個(gè)第一旋固帽7，將模具向上提走，分離出嵌入類巖石試件中的裂隙盤3，如圖7所示。在模具上放入新的裂隙盤，調(diào)成下一試件所需的裂隙角度后固定，插入云母片，即可以開始下一試件的制作。
[0028]步驟五，制備出具有精準(zhǔn)裂隙的類巖石試件:所有制作完成后，等待24h(小時(shí))，將云母片從類巖石試件中拔出，養(yǎng)護(hù)28d(天)后，將類巖石試件從試件澆鑄模具11中拆模脫出，即得到所需預(yù)制裂隙的類巖石試件，如圖8。
[0029]本發(fā)明模具結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，并且裂隙定位準(zhǔn)確，如圖9所示平面圖，使用該模具可精確控制的預(yù)制裂隙類巖石試件的幾個(gè)變量:巖橋長度L1、裂隙長度L2、裂隙傾角α及巖橋傾角β。
[0030]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，包括從下到上依次疊置的巖橋底盤、巖橋架、裂隙盤和上蓋盤，所述巖橋底盤上設(shè)有供巖橋架套設(shè)的圓形凹槽，所述巖橋架可在圓形凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)，巖橋架的兩端對稱設(shè)有可在巖橋架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的所述裂隙盤，所述裂隙盤在垂直方向設(shè)有可將預(yù)裂隙片夾緊的夾具，裂隙盤的表面帶有一圈用于調(diào)節(jié)夾具與巖橋架之間角度的間隙刻度，所述上蓋盤與巖橋底盤活動(dòng)連接將巖橋架緊壓在圓形凹槽內(nèi)，圓形凹槽的四周或上蓋盤上設(shè)有一圈用于調(diào)節(jié)巖橋架與巖橋底盤之間角度的巖橋刻度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，所述巖橋架為兩個(gè)，分別為上巖橋架和下巖橋架，圓形凹槽的四周設(shè)有一圈用于調(diào)節(jié)下巖橋架角度的巖橋刻度，上蓋盤上帶有一圈用于調(diào)節(jié)上巖橋架角度的巖橋刻度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，所述巖橋底盤框架為“工”字形，巖橋底盤包含橫架在中間的橫桿，所述橫桿中間設(shè)有圓柱形突起，圓柱形突起與橫桿之間形成所述的圓形凹槽，橫桿上圓柱形突起的相對面對稱地設(shè)有供上蓋盤嵌入的凹槽。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，所述巖橋刻度和裂隙刻度的精度均為5度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，所述巖橋底盤底部四角處設(shè)有三角柱，四個(gè)三角柱用于將巖橋底盤固定在試件澆鑄模具上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，所述夾具為具有彈性的塑料制成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，所述裂隙盤與巖橋架通過第一帶帽螺栓活動(dòng)連接，上蓋盤與巖橋底盤通過第二帶帽螺栓活動(dòng)連接，第一帶帽螺栓從下貫穿裂隙盤及巖橋架和與第一帶帽螺栓螺紋匹配的第一旋固帽連接，第二帶帽螺栓從下貫穿圓柱形突起及上蓋盤和與第而帶帽螺栓螺紋匹配的第二旋固帽連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在類巖石試件中精確制備裂隙的模具，其特征是，所述巖橋架的兩端分別標(biāo)刻有指向裂隙刻度和巖橋刻度的標(biāo)記。
【文檔編號】G01N1/36GK105910880SQ201610240433
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】王如賓, 徐波, 汪淼, 劉勝
【申請人】河海大學(xué)