一種用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的多功能剪切盒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)和巖石力學(xué)常規(guī)試驗(yàn)，主要用于制作存在結(jié)構(gòu)面的相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件并測(cè)定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)面(黏結(jié)材料)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和制作相似材料標(biāo)準(zhǔn)試件并測(cè)定該材料的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)作為各類地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理研究以及巖土工程設(shè)計(jì)分析的重要手段，通過(guò)構(gòu)建原型和模型之間的相似關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)原型的表觀現(xiàn)象和內(nèi)在機(jī)理在模型試驗(yàn)中近似真實(shí)的反映。相似材料是否能夠近似模擬真實(shí)巖體的物理力學(xué)特性，對(duì)模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)實(shí)施起著至關(guān)重要的作用。鑒于巖體介質(zhì)中普遍存在的剪切破壞模式可能產(chǎn)生于完整巖石或者不連續(xù)結(jié)構(gòu)面之上，因此開(kāi)展地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)相似設(shè)計(jì)時(shí)需要同時(shí)考慮模擬完整巖石的材料和模擬結(jié)構(gòu)面的黏結(jié)材料是否能夠發(fā)生剪切破壞。而判斷上述主要相似要求是否滿足最直接的方法便是通過(guò)直接剪切試驗(yàn)測(cè)定模擬完整巖石以及模擬結(jié)構(gòu)面的相似材料的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，分析其取值是否同原型指標(biāo)之間滿足相似系數(shù)關(guān)系。此外，考慮到巖體介質(zhì)中發(fā)生的剪切破壞通常會(huì)沿其內(nèi)部軟弱結(jié)構(gòu)面或夾層形成滑動(dòng)帶，因此在開(kāi)展模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)之前亦有必要采用室內(nèi)試驗(yàn)手段研究具有一定層厚黏結(jié)材料的剪切特性。目前，地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究中相似材料的制備與試驗(yàn)通常是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程，其中相似材料的制備采用壓實(shí)成型，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定則借鑒巖石力學(xué)常規(guī)試驗(yàn)方法，且使用過(guò)程中未能考慮黏結(jié)材料層厚對(duì)其剪切特性的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]相似材料結(jié)構(gòu)面剪切過(guò)程涉及了相似材料試塊壓制、結(jié)構(gòu)面制作、結(jié)構(gòu)面直剪等過(guò)程，而已有的模型試驗(yàn)中并沒(méi)有一套完整的裝置可以集中解決這一系列問(wèn)題。因此，相似材料結(jié)構(gòu)面制作過(guò)程復(fù)雜，直剪試驗(yàn)效率很低。針對(duì)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種能夠同時(shí)滿足巖體相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)試件制備以及試驗(yàn)實(shí)施的剪切盒。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0005]—種用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的多功能剪切盒，包括下盒、側(cè)向擋板、剪切環(huán)、凸塊、把手、上盒和承壓板；
[0006]下盒為四開(kāi)模具，通過(guò)螺栓將四開(kāi)模具固定，下盒在試件壓制和試件剪切過(guò)程中被固定在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的底盤上，下盒內(nèi)部四周放置側(cè)向擋板，方便試塊壓制完成后的拆模過(guò)程;在試件壓制過(guò)程中，下盒和下盒均設(shè)有與凸塊相配合的凹槽；
[0007]上盒與下盒的形狀相同，其頂部放置承壓板，用以傳遞壓力機(jī)施加的豎向荷載;上盒兩側(cè)設(shè)置把手，方便拆模操作；在試件壓制過(guò)程中，上盒通過(guò)凸塊與下盒的凹槽咬合接觸；
[0008]剪切環(huán)由有機(jī)玻璃制作而成，其上設(shè)有把手，剪切環(huán)置于上盒和下盒之間，用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn);通過(guò)控制剪切環(huán)的厚度，調(diào)整結(jié)構(gòu)面厚度，測(cè)定不同厚度結(jié)構(gòu)面的力學(xué)指標(biāo)。
[0009]本發(fā)明的有益效果:該多用盒可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)巖體相似材料直接剪切試驗(yàn)的試樣制備和試驗(yàn)實(shí)施，且能研究不同層厚黏結(jié)材料的剪切特性，這些優(yōu)勢(shì)是現(xiàn)有的巖體相似材料試驗(yàn)設(shè)備所不具有的。利用四開(kāi)模具可以快速裝卸的特點(diǎn)，提高了試塊成型的效率;側(cè)向擋板的布置，確保了試件表面的平整光滑，亦便于脫模;剪切環(huán)采用有機(jī)玻璃，實(shí)現(xiàn)了黏結(jié)材料剪切變形過(guò)程的可視化。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明所述用于巖體相似材料試塊成型的正面示意圖。
[0011 ]圖2是本發(fā)明所述用于完整相似材料試塊成型的正面示意圖。
[0012]圖3是本發(fā)明所述用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的正面示意圖。
[0013]圖4是本發(fā)明所述用于完整相似材料試塊直剪試驗(yàn)的正面示意圖。
[0014]圖中:I下盒;2剪切環(huán);3上盒;4把手;5側(cè)向擋板;6承壓板;7凸塊;8底部螺帽；9四開(kāi)模螺帽；10散粒體相似材料;11試塊;12黏結(jié)材料。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016]如圖1至4所示，該一種用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的多功能剪切盒，包括下盒I，所述下盒I設(shè)置了放置側(cè)向擋板5和連接凸起7的凹槽，下盒I為四開(kāi)模，由螺栓固定為一個(gè)整體，材質(zhì)為鍍鋅鐵板。剪切環(huán)2，有多個(gè)厚度，可控制結(jié)構(gòu)面厚度，由有機(jī)玻璃制成，透明可視。上盒3，設(shè)置有連接凸起7的凹槽。上盒3上有承壓板6，傳遞豎向荷載。
[0017](I)圖1圖示了含結(jié)構(gòu)面的巖體相似材料試塊成型過(guò)程:首先將側(cè)向擋板5安置在四開(kāi)模具的凹槽上，然后將四開(kāi)模具由螺絲牢牢固定，再將下盒在試件壓制和試件剪切過(guò)程中被固定在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的底盤上；利用凸板7和凹槽之間的咬合關(guān)系，固定上盒和下盒，放置已配制好的散粒體相似材料10，安上承壓板6;控制壓力機(jī)下行至承壓板6底部，使其和下盒I頂部位于同一水平線上，這樣高度為5cm的試件壓制完成。
[0018]試塊脫模過(guò)程:控制壓力機(jī)卸載，利用把手4卸去上盒3，松開(kāi)下盒I四開(kāi)部件的連接螺栓，將下盒I取下。用小錘輕輕敲打和試塊有一定接觸的側(cè)向擋板5，擋板5可順著試件表面滑出，完全分離四塊側(cè)向擋板5，即可得到表面光滑、尺寸為5cm的試件。
[0019]取兩個(gè)已壓制好的5cm標(biāo)準(zhǔn)試件，將其中一個(gè)放于下盒I中，然后安置剪切環(huán)2，在剪切環(huán)2內(nèi)放置黏結(jié)材料?？凵仙虾?，放置另一塊試件，靜置一定的時(shí)間后，含結(jié)構(gòu)面的巖體相似材料試塊的制備完成。
[0020](2)圖2圖示了完整巖體相似材料試塊成型過(guò)程:將側(cè)向擋板5安置在下盒I的凹槽上，然后將四開(kāi)的下盒I由螺絲牢牢固定，再將下盒I固定于壓力機(jī)底板上；利用凸塊7和凹槽之間的咬合關(guān)系，固定住上盒3和下盒I;再將另一個(gè)上盒3放上，倒入已配置好的散粒體相似材料10，安上承壓板6，控制壓力機(jī)下行至承壓板6底部，與下盒I接觸的上盒3的頂部位于同一水平線上，這樣高度為1cm的完整巖體相似材料試件壓制完成。
[0021](3)圖3圖示了巖體相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的過(guò)程:取(I)所述已制備好的含結(jié)構(gòu)面的相似材料試塊置于剪切盒中，將整個(gè)裝置放在壓力機(jī)底板上，固定下盒I，通過(guò)壓力機(jī)先施加一定的豎向力，再施加側(cè)向力，同時(shí)，位移傳感器和力傳感器對(duì)側(cè)向力和側(cè)向位移時(shí)程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集;變動(dòng)豎向力大小，可獲取不同壓力下結(jié)構(gòu)面剪切荷載大小，由此可計(jì)算出巖體相似材料結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)。剪切環(huán)2由有機(jī)玻璃組成，在整個(gè)剪切過(guò)程中，結(jié)構(gòu)面的形態(tài)變化特征可以觀察到，這有助于我們對(duì)結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的理解。剪切環(huán)有多個(gè)厚度，變動(dòng)剪切環(huán)厚度可以分析不同厚度結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度特性。
[0022](4)圖4圖示了完整巖體相似材料直剪的過(guò)程:取(2)所述已制備好的高為1cm的完整試塊，放置于下盒I中，固定下盒I于壓力機(jī)底板，安放一定厚度的剪切環(huán)2，再放上上盒3，其余步驟同(3)所述過(guò)程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的多功能剪切盒，其特征在于，該多功能剪切盒包括下盒、側(cè)向擋板、剪切環(huán)、凸塊、把手、上盒和承壓板； 下盒為四開(kāi)模具，通過(guò)螺栓將四開(kāi)模具固定，下盒在試件壓制和試件剪切過(guò)程中被固定在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的底盤上，下盒內(nèi)部四周放置側(cè)向擋板，方便試件壓制完成后的拆模過(guò)程；在試件壓制過(guò)程中，下盒設(shè)有與上盒的凸塊相配合的凹槽； 上盒與下盒的形狀相同，其頂部放置承壓板，用以傳遞壓力機(jī)施加的豎向荷載;上盒兩側(cè)設(shè)置把手，方便拆模操作;在試件壓制過(guò)程中，上盒設(shè)有凸塊，在成型過(guò)程中，上盒通過(guò)凸塊與下盒的凹槽咬合接觸； 剪切環(huán)由有機(jī)玻璃制作而成，其上設(shè)有把手，剪切環(huán)置于上盒和下盒之間，用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn);通過(guò)控制剪切環(huán)的厚度，調(diào)整結(jié)構(gòu)面厚度，測(cè)定不同厚度結(jié)構(gòu)面的力學(xué)指標(biāo)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的多功能剪切盒，針對(duì)地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中廣泛存在的結(jié)構(gòu)面問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種適用于試塊成型、不同厚度結(jié)構(gòu)面生成以及結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的裝置。該多功能剪切盒包括下盒、側(cè)向擋板、剪切環(huán)、凸塊、把手、上盒和承壓板；下盒固定于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，在試塊成型過(guò)程中，側(cè)向擋板可以防止試塊沿四開(kāi)模連接處產(chǎn)生豎向不平整條帶，也易于拆模。剪切環(huán)有多個(gè)厚度，材質(zhì)為有機(jī)玻璃。上盒是試塊的保護(hù)套，承壓板用以傳遞荷載。該剪切盒同時(shí)解決了試件成型和結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)等過(guò)程，既可快速生成符合要求的試塊，又可以研究不同厚度下黏結(jié)材料的力學(xué)行為，有助于模型試驗(yàn)中黏結(jié)材料的選取。
【IPC分類】G01N1/28, G01N3/24, G01N3/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105606466
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610141282
【發(fā)明人】王亮, 年廷凱, 張彥君, 趙維, 范寧, 唐軍
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年3月11日