一种制作双颗粒胶结的微型模具及其制作方法

本发明涉及属于岩土工程试验领域，尤其是指一种制作双颗粒胶结的微型模具及其制作方法。

背景技术：

1、地基加固在工程中一直是个难题，很多时候由于地基承载力的不足导致建筑物发生坍塌，这种工程事故在国内外屡见不鲜。地基加固最有效的方法就是用胶结物将砂土紧密黏合在一起，提高地基承载力。

2、现在主要的地基加固主要分为化学加固、物理加固和生物加固三种。化学加固是在砂土中添加一些化学物质，例如水泥、石膏、氧化钙、高聚物等，让其发生一系列的化学反应，生成物能够将砂土颗粒黏合在一起提高其力学强度。物理加固是纯粹利用材料的物理特性来增强砂土颗粒间的摩擦力，是一种简单有效的加固方式。生物加固指的是一种近年来流行的微生物固化技术(micp)。

3、但是，上述方法都是针对于砂土胶结宏观方面的力学研究，对于微观方面，现有设备无法制作出不同胶结厚度和不同颗粒粒径的双颗粒胶结模型，以及无法与双颗粒胶结模型的加载装置配合使用而实现对双颗粒胶结模型进行压剪、压弯、压弯剪组合一系列的复杂荷载试验，以研究胶结钙质砂的微观力学性质。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种可以由砂粒和石膏等胶结物共同制成双颗粒胶结模型的微型模具，从而对双颗粒胶结模型进行压剪、压弯等一系列复杂的应力加载，分析砂土胶结物的微观受力情况。

2、本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

3、一种制作双颗粒胶结的微型模具，包括上模具、下模具和夹具，所述上模具与下模具相互盖合在一起，上模具和下模具设于夹具上，且夹具夹持上模具和下模具夹持；所述上模具和下模具的内部均设有凹槽，所述凹槽包括上圆柱槽、中间圆柱槽和下圆柱槽，所述中间圆柱槽内填充有胶结物，所述上圆柱槽和下圆柱槽内设有砂粒，所述夹具对上模具和下模具施加压力，使所述砂粒与胶结物粘结。

4、作为一种优选的方案，所述夹具包括支架和设于支架上的夹持装置，上模具与下模具设于支架上，且夹持装置将上模具与下模具夹紧。

5、作为一种优选的方案，所述上模具上设有通孔和第一螺纹孔，所述下模具上设有与通孔位置相对应的第二螺纹孔；或下模具上设有通孔和第一螺纹孔，所述上模具上设有与通孔位置相对应的第二螺纹孔；所述通孔和第一螺纹孔上均设有连接件，通孔和第二螺纹孔通过连接件固定连接而将上模具和下模具固定连接在一起。

6、作为一种优选的方案，让砂料从空中自由落体掉落到地面，砂粒与地面的接触面为砂粒稳定面，砂粒稳定面与胶结物粘结。

7、作为一种优选的方案，所述砂粒设为两个，且分别设于上圆柱槽和下圆柱槽内。

8、作为一种优选的方案，所述通孔、第一螺纹孔和第二螺纹孔均设于上模具和/或下模具的对角上。

9、作为一种优选的方案，所述胶结物为石膏胶结物。

10、作为一种优选的方案，所述连接件为螺栓。

11、一种制作双颗粒胶结的微型模具的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

12、s1、将凹槽的内壁涂刷上润滑剂。将涂好润滑剂的上模具和下模具对准并通过螺栓固定在一起，内部形成上圆柱槽、中间圆柱槽和下圆柱槽；

13、s2、挑选两粒粒径约为3至7mm的砂粒，让砂粒从空中自然掉落，将砂粒与地面接触的面称为砂粒稳定面，此时砂粒具有最小势能；

14、s3、配置石膏的含水率，向中间圆柱凹槽内填充满石膏胶结物；

15、s4、将一砂粒以稳定面置于下圆柱体槽中，再将另一颗砂粒以稳定面置于上圆柱体凹糟中，并且两个砂料与石膏胶结物充分接触；

16、s5、用夹具将上模具和下模具夹持和固定，在石膏胶结物硬化的过程中施加压力，使砂粒与石膏之粘结在一起；

17、s6、在石膏充分硬化后，首先松开并拿下上模具和下模具，再拧开螺栓而使上模具和下模具之间处理松开的状态；然后再拧转其它的螺栓，使螺栓顶开上模具和下模具，使上模具和下模具之间分开，将双颗粒胶结模型取出，完成双颗粒胶结模型的制作；

18、s7、采用加载装置对双颗粒胶结模型进行压剪、压弯和压弯剪组合的荷载试验，以研究胶结钙质砂的微观力学性质。

19、作为一种优选的方案，所述润滑剂为wd-40润滑剂。

20、实施本发明，具有如下有益效果：

21、1、本发明的模具可以制作出不同胶结厚度，不同颗粒粒径的双颗粒胶结模型，可以与双颗粒胶结模型的加载装置配合使用。对双颗粒胶结模型进行压剪、压弯、压弯剪组合一系列的复杂荷载试验，研究胶结钙质砂的微观力学性质。

22、2、本发明在拆模时，首先将夹具拧松拿下，然后取上模具或下模具对角的一对螺栓，使上模具和下模具之间处理松开的状态。此时，由于石膏与凹槽内壁的粘结，上模具和下模具之间并不容易被分开。通过拧动另外一对螺栓，该可以轻松地将下模具或上模具轻轻顶出，实现上模具和下模具的分开。然后将双颗粒胶结模型取出，一个双颗粒胶结模型就制作完成。整个拆模过程更加的简洁方便，上模具和下模具均不容易被破坏。

技术特征：

1.一种制作双颗粒胶结的微型模具，其特征在于，包括上模具、下模具和夹具，所述上模具与下模具相互盖合在一起，上模具和下模具设于夹具上，且夹具夹持上模具和下模具夹持；所述上模具和下模具的内部均设有凹槽，所述凹槽包括上圆柱槽、中间圆柱槽和下圆柱槽，所述中间圆柱槽内填充有胶结物，所述上圆柱槽和下圆柱槽内设有砂粒，所述夹具对上模具和下模具施加压力，使所述砂粒与胶结物粘结。

2.根据权利要求1所述的一种制作双颗粒胶结的微型模具，其特征在于，所述夹具包括支架和设于支架上的夹持装置，上模具与下模具设于支架上，且夹持装置将上模具与下模具夹紧。

3.根据权利要求1所述的一种制作双颗粒胶结的微型模具，其特征在于，所述上模具上设有通孔和第一螺纹孔，所述下模具上设有与通孔位置相对应的第二螺纹孔；或下模具上设有通孔和第一螺纹孔，所述上模具上设有与通孔位置相对应的第二螺纹孔；所述通孔和第一螺纹孔上均设有连接件，通孔和第二螺纹孔通过连接件固定连接而将上模具和下模具固定连接在一起。

4.根据权利要求1所述的一种制作双颗粒胶结的微型模具，其特征在于，让砂料从空中自由落体掉落到地面，砂粒与地面的接触面为砂粒稳定面，砂粒稳定面与胶结物粘结。

5.根据权利要求1或4所述的一种制作双颗粒胶结的微型模具，其特征在于，所述砂粒设为两个，且分别设于上圆柱槽和下圆柱槽内。

6.根据权利要求3所述的一种制作双颗粒胶结的微型模具，其特征在于，所述通孔、第一螺纹孔和第二螺纹孔均设于上模具和/或下模具的对角上。

7.根据权利要求1所述的一种制作双颗粒胶结的微型模具，其特征在于，所述胶结物为石膏胶结物。

8.根据权利要求3所述的一种制作双颗粒胶结的微型模具，其特征在于，所述连接件为螺栓。

9.基于权利要求1至8所述的一种制作双颗粒胶结的微型模具的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种制作双颗粒胶结的微型模具的制作方法，其特征在于，所述润滑剂为wd-40润滑剂。

技术总结
本发明公开了一种制作双颗粒胶结的微型模具，包括上模具、下模具和夹具，上模具与下模具相互盖合在一起，上模具和下模具设于夹具上，且夹具夹持上模具和下模具夹持；上模具和下模具的内部均设有凹槽，凹槽包括上圆柱槽、中间圆柱槽和下圆柱槽，中间圆柱槽内填充有胶结物，上圆柱槽和下圆柱槽内设有砂粒，夹具对上模具和下模具施加压力，使所述砂粒与胶结物粘结。本发明还提供一种制作双颗粒胶结的微型模具的制作方法。本发明的模具可以制作出不同胶结厚度，不同颗粒粒径的双颗粒胶结模型，可以与双颗粒胶结模型的加载装置配合使用。对双颗粒胶结模型进行压剪、压弯、压弯剪组合一系列的复杂荷载试验，研究胶结钙质砂的微观力学性质。

技术研发人员：王婉莹,饶剑
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12