一种角度和尺寸可调的锯齿状结构面试样制作模具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种角度和尺寸可调的锯齿状结构面试样制作模具，包括定位底座，模具外框和齿形活动板，定位底座为设有定位标尺的矩形框体，上表面设有整排齿形槽，齿形槽的外圈两侧设有内凹止口；齿形活动板由多个可伸缩槽板与插板的组合件连接构成，插板固定在槽板中；齿形活动板通过槽板连接铰链安装在定位底座齿形槽中；模具外框罩在齿形活动板外，且放置于定位底座之上。模具的使用方法是确定好试验的结构面起伏角度和尺寸，连接好单个槽板和插板组合件，再将组合件连成齿形活动板，安装好齿形活动板、模具外框，对模具涂脱模剂，浇筑试样，养护，脱模得到需要的结构面；重复上述步骤数次,可得到数个结构面。本模具结构简单，操作方便快捷。
【专利说明】一种角度和尺寸可调的锯齿状结构面试样制作模具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种角度和尺寸可调的结构面试样制样模具，具体地说是一种制作用于直剪试验锯齿状结构面模型的模具，尤其适用于制作上下盘相互吻合的一组锯齿状结构面。
【背景技术】
[0002]岩石结构面是岩体内存在着不同成因、不同特性的地质界面，结构面的存在破坏了岩体的连续性和完整性，也正是由于结构面的存在而造成岩质边坡经常发生滑坡灾害事故，因此对岩体中的结构面进行研究是解决岩质边坡稳定性难题的关键。
[0003]结构面的抗剪强度很大程度上影响着岩体的稳定性，是工程设计中的重要参考指标。在传统的直剪试验中通常所采用的试样结构面是原岩结构面直剪试验，需要至少4-5个相类似的原岩结构面分别在不同正压力条件下施加轴向压力进行剪切直至破坏，从而获得岩体结构面的抗剪强度，采用摩尔-库伦理论求得总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数。然而在野外取原岩结构面试样时无法在同一处取得多个完全一致的样品，进而使得结构面试验结果与实际存在着较大误差，对工程设计造成严重的影响。
[0004]同时采用原岩结构面也存在多种不足:(I)原岩结构面的现场取样的成本高，运输困难，试验周期长，且试验样本较少，使得试验结果离散度高，很难统计，更难以满足大量工程的需要。(2)由于原岩结构面的上下盘在取样、切割、搬运及安装过程中结构面的表面形态易破损，造成上下盘结构面吻合度差，而结构面的表面形态是影响抗剪强度的重要因素，因此会对试验结果造成较大误差。(3)不能进行多种起伏度的结构面直剪试验，一个原岩结构面只能进行一次破坏性试验，因此不能得到不同起伏角度的试样。(4)对于如泥岩之类软岩在野外难于取得原岩结构面，表面形态各异，其对岩体稳定性又影响颇大，只能在室内模型试验的基础上研究其力学特性。
[0005]由于上述原因，如果能把原岩结构面的表面形态及吻合度复制出来，并且模拟出现场无法取样出的岩体结构面，就可以代替原岩结构面进行直剪试验。但是采用现有的结构面模具的制作技术，只能制作出接触面水平的结构面，而在自然条件下，结构面呈现出多种起伏状态，且结构面的表面形态对结构面的抗剪强度参数有着较大的影响。因此，必须制作出上下盘吻合度高及多种起伏度角度直剪试验结构面模型的制作模具对结构面的理论研究及工程应用具有重要意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决现有岩石结构面现场取样难、制样成本高、结果不可靠及不能体现特殊性的缺点，而提供一种操作方便、精度高、速度快，尤其能够制作上、下盘吻合度高、多尺度及多种起伏角度、上下盘异性的直剪试验结构面模型的制作模具。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术措施是:提供一种角度和尺寸可调的结构面试样制样模具，包括定位底座，模具外框和齿形活动板，所述的定位底座为一个矩形框体,定位底座的侧面设有定位标尺,定位底座上表面设有整排齿形槽,整排齿形槽的外圈两侧设有内凹止口 ；所述的齿形活动板由多个可伸缩槽板与插板的组合件连接构成，所述的组合件中槽板为一端开口的空心矩形槽，槽板的一侧面设有两个螺钉孔，槽板另一端设有槽板连接铰链，槽板连接铰链用于两个槽板之间铰接；所述的插板一端插在槽板开口端中，插板通过连接螺钉固定在槽板中，插板另一端设有插板连接铰链，插板连接铰链用于两个插板之间的铰接；所述的齿形活动板通过槽板连接铰链安装在定位底座的齿形槽中；所述的模具外框为上下无底的矩形框体，模具外框的长边侧板的高度比宽边侧板高，其高度差与定位底座单个齿形槽的高度一致，模具外框的宽边侧板厚度与所述的单个齿形槽的齿间宽度一致，模具外框罩在齿形活动板外，且放置于定位底座之上，模具外框的长边侧板嵌入在定位底座的内凹止口中。
[0008]本发明所述的两个槽板之间通过轴销穿入槽板连接铰链实现铰接，两个插板之间也通过轴销穿入插板连接铰链实现铰接。
[0009]本发明所述的可伸缩槽板与插板的组合件是通过拉动插板及采用连接螺钉固定插板在槽板中的位置，实现槽板与插板的组合件的尺寸伸缩可调，也通过调节组合件安装在定位底座的单个齿形槽的间距实现锯齿状角度和尺寸可调。
[0010]本发明还提供一种应用上述角度和尺寸可调的锯齿状结构面试样制样模具的方法，按如下步骤操作:
[0011]按如下步骤操作:
[0012]步骤一、使用所述的模具制作试验模型前，先确定好要做试验的结构面起伏角度和尺寸，将定位底座固定在水平桌面或地面上，连接好单个的槽板和插板组合件，再将单个组合件与组合件通过轴销依次连接成多组合件的长的齿形活动板；
[0013]步骤二、根据定位底座外侧的定位标尺调节好的结构面起伏角度和尺寸，依次调整齿形活动板中每个槽板和插板组合件中插板在槽板中的位置，以达到需要的起伏角度和尺寸要求，然后用连接螺钉或固定销固定每个槽板和插板；
[0014]步骤三、将组装好的齿形活动板安放在定位底座之上，确保每个槽板与槽板之间的活页式的槽板连接铰链都稳定地卡在定位底座的齿形槽内，然后将模具外框罩在齿形活动板外面，且放在定位底座之上，保证模具外框的长边侧板底部嵌入在定位底座两侧的内凹止口中，宽边侧板卡在定位底座的单个齿形槽内；
[0015]步骤四、对模具外框及齿形活动板的内侧壁涂脱模剂处理；
[0016]步骤五、将砂、水、硅粉、水泥、减少剂按设定的配合比进行称量，并把称量好的原材料倒入到搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀后，把混合材料分层倒入试样模具内，浇筑的过程中充分振捣；浇筑完毕后将模拟岩石的上表面作成水平的；试样保水养护14天后，把试样连同模具一起进行翻转，并把制得的下盘结构面模型上已用过的隔离膜去掉；
[0017]步骤六、重复步骤五，再次浇筑试样，试样保水养护14天后，进行脱模处理，即可得到与所制的下盘结构面起伏角度和尺寸一样的上盘结构面；
[0018]步骤七、在制得的下盘结构面上进行涂油处理，并铺上隔离膜，然后将上述制得的上盘结构面翻转一百八十度放在下盘锯齿状结构面上，调整使得上下盘结构面锯齿完全贴合，得到完全吻合的锯齿状结构面模型，继续养护14天后可进行试样的抗剪强度直剪试验;[0019]步骤八、重复上述步骤二至步骤七数次，并分别调整齿形活动板中槽板和插板的重合长度，得到不同角度和尺寸的锯齿状结构面模型；根据结构面模型进行不同角度和尺寸的直剪试验及分析结构面的表面形态对其抗剪强度的影响程度和抗剪强度的尺寸效应。
[0020]本发明制样模具所述的定位底座为不锈钢矩形框体，模具外框也为矩形金属框，模具外框通过外框的长边侧板嵌入定位底座的内凹止口中，使模具外框可以稳定的安放在定位底座上。所述的槽板和插板也采用不锈钢板制作，光滑平整的不锈钢表面使插板和槽板之间拉伸方便、灵活。本模具采用模块化思路设计，结构简单，制作与操作均简便。
[0021]本发明制样模具与现有技术相比具有的有益效果是:
[0022](I)本发明模具解决原岩结构面取样困难、吻合度差、不能做多种起伏度及工期长、费用高等缺点，本模具可以模拟制作多种不同尺度锯齿表面起伏形态的岩体结构面，起伏角度可任意调节，可以开展不同相似配比材料进行不同强度特性的岩块和结构面的制样，具有适用面广的特点，可满足工程岩体结构面制样要求。
[0023](2)本发明模具可依次制作结构面上下盘试样，节省材料，且制作的结构面模型的上下盘完全吻合，极大地提高了岩体结构面直剪试验的精度。
[0024](3)本模具为开放式制样模具，可以方便地进行不同强度特性的岩块和结构面的制样，具有简便、快捷和使用成本低的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明一种角度和尺寸可调的结构面试样制样模具的整体结构示意图。
[0026]图2为图1中定位底座A的局部结构放大示意图。
[0027]图3为本发明中的模具外框结构示意图。
[0028]图4为本发明中的单个槽板与插板组合件结构示意图。
[0029]图5为本发明中多个槽板与插板组合件连接构成齿形活动板结构示意图。
[0030]图6为本发明中齿形活动板安装在定位底座上的结构局部剖面示意图。
[0031]上述图中:1_定位底座，2_模具外框,3_齿形活动板,4_定位标尺,5-内凹止口，
6-齿形槽，7-宽边侧板，8-长边侧板，9-槽板，10-槽板连接铰链，11-连接螺钉，12-插板，13-插板连接铰链。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。
[0033]实施例1:本发明提供的一种角度和尺寸可调的结构面试样制样模具，其整体结构如图1所示，本模具采用模块化思路设计，包括定位底座1，模具外框2和齿形活动板3，所述的定位底座I为一个不锈钢矩形框体，参见图1、2、6，定位底座的侧面设有定位标尺4，定位底座上表面设有整排齿形槽6，整排齿形槽的外圈两侧设有内凹止口 5 ;所述的齿形活动板3由多个可伸缩槽板与插板的组合件连接构成，参见图4、5、6，所述的组合件中槽板9为一端开口的空心矩形槽，槽板的一侧面设有两个螺钉孔，槽板另一端设有槽板连接铰链10，槽板连接铰链用于两个槽板9之间铰接；所述的插板12 —端插在槽板开口端中，插板12通过连接螺钉11固定在槽板9中，插板另一端设有插板连接铰链13，插板连接铰链用于两个插板12之间的铰接；所述的齿形活动板3通过槽板连接铰链10安装在定位底座I的齿形槽6中；参见图1、3，所述的模具外框2为上下无底的不锈钢矩形框体，模具外框2的长边侧板8的高度比宽边侧板7高，其高度差与定位底座单个齿形槽的高度一致，模具外框2的宽边侧板7厚度与所述的单个齿形槽6的齿间宽度一致，模具外框2罩在齿形活动板3夕卜，且放置于定位底座之上，模具外框的长边侧板8嵌入在定位底座的内凹止口 5中。
[0034]本发明所述的两个槽板9之间通过轴销穿入槽板连接铰链10实现铰接，两个插板12之间也通过轴销穿入插板连接铰链13实现铰接。
[0035]本发明所述的可伸缩槽板与插板的组合件是通过拉动插板12及采用连接螺钉11固定插板在槽板中的位置，实现槽板与插板的组合件的尺寸伸缩可调。槽板9和插板12也采用不锈钢板制作，光滑平整的不锈钢表面使插板和槽板之间拉伸方便、灵活，本模具也通过调节组合件安装在定位底座的单个齿形槽的间距实现锯齿状角度和尺寸可调。
[0036]本发明制样模具所述齿形活动板3的宽度略小于外框宽边侧板的宽度，齿形活动板3置于模具外框2之内。所述槽板与槽板的铰接的槽板连接铰链10张开的最大尺寸与定位底座I的单个齿槽相匹配，以保证任何角度和尺寸的齿形活动板可安放在定位底座I之上，最末端的槽板9或插板12可以稳定的搭在模具外框2的后侧，防止浇筑制样时齿形结构板3的变形。
[0037]实施例2:使用本实施例1提供的一种角度和尺寸可调的结构面试样制样模具的方法，具体的操作步骤如下:
[0038]步骤一、使用本发明的模具制作试验模型前，先确定好要做试验的结构面起伏角度和尺寸，将定位底座I固定在水平桌面或地面上，连接好单个的槽板和插板组合件，再将单个组合件与组合件通过轴销依次连接成多组合件的长的齿形活动板3。
[0039]步骤二、根据定位底座I外侧的定位标尺4调节好的结构面起伏角度和尺寸，依次调整齿形活动板3中每个插板和槽板组件中插板在槽板中的位置，以达到需要的起伏角度和尺寸要求，然后用连接螺钉11固定每个槽板和插板。
[0040]步骤三、将组装好的齿形活动板3安放在定位底座I之上，确保每个槽板与槽板之间的活页式的槽板连接铰链10都稳定的卡在定位底座I的齿形槽6内，然后将模具外框2罩在齿形活动板3外面，放在定位底座I之上，保证模具外框2的长边侧板8底部嵌入在定位底座两侧的内凹止口 5中，宽边侧板7卡在定位底座的单个齿形槽6内。
[0041]步骤四、对模具外框2及齿形活动板3的内侧壁涂脱模剂处理。
[0042]步骤五、将砂、水、硅粉、水泥、减少剂按设定的配合比进行称量，并把称量好的原材料倒入到搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀后，把混合材料分层倒入试样模具内，浇筑的过程中充分振捣；浇筑完毕后将模拟岩石的上表面作成水平的；试样保水养护14天后，把试样连同模具一起进行翻转，并把制得的下盘结构面模型上已用过的隔离膜去掉；
[0043]步骤六、重复步骤五，再次浇筑试样，试样保水养护14天后，进行脱模处理，即可得到与所制的下盘结构面起伏度和尺寸一样的上盘结构面。
[0044]步骤七、在制得的下盘结构面上进行涂油处理，并铺上隔离膜，然后将上述制得的上盘结构面翻转一百八十度放在下盘锯齿状结构面上，调整使得上下盘结构面锯齿完全贴合，得到完全吻合的锯齿状结构面模型，继续养护14天后可进行试样的抗剪强度直剪试验。
[0045]步骤八、重复上述步骤二至步骤七数次，并分别调整齿形活动板的槽板和插板的重合长度，得到不同角度和尺寸的锯齿状结构面模型。根据结构面模型进行不同角度和尺寸的直剪试验及分析结构面的表面形态对其抗剪强度的影响程度和抗剪强度的尺寸效应。
[0046]本发明的模具结构简单，可以方便地进行不同强度特性的岩块和结构面的制样，操作简便、快捷和使用成本低。
【权利要求】
1.一种角度和尺寸可调的锯齿状结构面试样制作模具，包括定位底座，模具外框和齿形活动板，其特征在于:所述的定位底座为一个矩形框体，定位底座的侧面设有定位标尺，定位底座上表面设有整排齿形槽，整排齿形槽的外圈两侧设有内凹止口 ；所述的齿形活动板由多个可伸缩槽板与插板的组合件连接构成，所述的组合件中槽板为一端开口的空心矩形槽，槽板的一侧面设有两个螺钉孔，槽板另一端设有槽板连接铰链，槽板连接铰链用于两个槽板之间铰接；所述的插板一端插在槽板开口端中，插板通过连接螺钉固定在槽板中，插板另一端设有插板连接铰链，插板连接铰链用于两个插板之间的铰接；所述的齿形活动板通过槽板连接铰链安装在定位底座的齿形槽中；所述的模具外框为上下无底的矩形框体，模具外框的长边侧板的高度比宽边侧板高，其高度差与定位底座单个齿形槽的高度一致，模具外框的宽边侧板厚度与所述的单个齿形槽的齿间宽度一致，模具外框罩在齿形活动板 外，且放置于定位底座之上，模具外框的长边侧板嵌入在定位底座的内凹止口中。
2.根据权利要求1所述的一种角度和尺寸可调的锯齿状结构面试样制作模具，其特征在于:所述的两个槽板之间通过轴销穿入槽板连接铰链实现铰接，两个插板之间也通过轴销穿入插板连接铰链实现铰接。
3.根据权利要求1所述的一种角度和尺寸可调的锯齿状结构面试样制作模具，其特征在于:所述的可伸缩槽板与插板的组合件是通过拉动插板及采用连接螺钉固定插板在槽板中的位置，实现槽板与插板的组合件的尺寸伸缩可调，也通过调节组合件安装在定位底座的单个齿形槽的间距实现锯齿状角度和尺寸可调。
4.一种使用权利要求1所述的角度和尺寸可调的锯齿状结构面试样制作模具的方法，其特征在于:按如下步骤操作: 步骤一、使用所述的模具制作试验模型前，先确定好要做试验的结构面起伏角度和尺寸，将定位底座固定在水平桌面或地面上，连接好单个的槽板和插板组合件，再将单个组合件与组合件通过轴销依次连接成多组合件的长的齿形活动板； 步骤二、根据定位底座外侧的定位标尺调节好的结构面起伏角度和尺寸，依次调整齿形活动板中每个槽板和插板组合件中插板在槽板中的位置，以达到需要的起伏角度和尺寸要求，然后用连接螺钉或固定销固定每个槽板和插板； 步骤三、将组装好的齿形活动板安放在定位底座之上，确保每个槽板与槽板之间的活页式的槽板连接铰链都稳定地卡在定位底座的齿形槽内，然后将模具外框罩在齿形活动板外面，且放在定位底座之上，保证模具外框的长边侧板底部嵌入在定位底座两侧的内凹止口中，宽边侧板卡在定位底座的单个齿形槽内； 步骤四、对模具外框及齿形活动板的内侧壁涂脱模剂处理； 步骤五、将砂、水、硅粉、水泥、减少剂按设定的配合比进行称量，并把称量好的原材料倒入到搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀后，把混合材料分层倒入试样模具内，浇筑的过程中充分振捣；烧筑完毕后将模拟岩石的上表面作成水平的；试样保水养护14天后,把试样连同模具一起进行翻转，并把制得的下盘结构面模型上已用过的隔离膜去掉； 步骤六、重复步骤五，再次浇筑试样，试样保水养护14天后，进行脱模处理，即可得到与所制的下盘结构面起伏角度和尺寸一样的上盘结构面； 步骤七、在制得的下盘结构面上进行涂油处理，并铺上隔离膜，然后将上述制得的上盘结构面翻转一百八十度放在下盘锯齿状结构面上，调整使得上下盘结构面锯齿完全贴合，得到完全吻合的锯齿状结构面模型，继续养护14天后可进行试样的抗剪强度直剪试验；步骤八、重复上述步骤二至步骤七数次，并分别调整齿形活动板中槽板和插板的重合长度，得到不同角度 和尺寸的锯齿状结构面模型；根据结构面模型进行不同角度和尺寸的直剪试验及分析结构面的表面形态对其抗剪强度的影响程度和抗剪强度的尺寸效应。
【文档编号】G01N1/28GK103645081SQ201310674921
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】李长冬, 王姣, 张永权, 梁德明, 刘昕旺, 廖伟, 代先尧, 吴丹丹 申请人:中国地质大学（武汉）