專利名稱：模擬巖體結(jié)構(gòu)的小塊體模型壓制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地質(zhì)力學(xué)模型試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于模擬巖體結(jié)構(gòu)的小塊體模型的精細快速壓制設(shè)備。
背景技術(shù)：
地質(zhì)力學(xué)模型試驗?zāi)軌蚰M巖土工程結(jié)構(gòu)的特點，又能近似模擬巖體斷層等地質(zhì)因素對工程穩(wěn)定性的影響，其在水利、采礦、隧道等巖石工程設(shè)計中起到了極其重要的作用并得到了廣泛的應(yīng)用，例如我國的大中型拱壩基本都做過地質(zhì)力學(xué)模型試驗。根據(jù)模型試驗的相似率要求，地質(zhì)力學(xué)模型試驗對模擬壩體及周圍基礎(chǔ)巖體的相似材料的力學(xué)性質(zhì)有著比較高的要求。清華大學(xué)水利系使用重晶石粉、膨潤土、特制膠水等組成的混合材料制作小塊體模型；再將小塊體模型加工砌筑成相應(yīng)的壩體或巖體結(jié)構(gòu)。早期小塊體模型的制作方法是將按一定比例混合的重晶石粉、膨潤土、特制膠水的混合料攪拌均勻后在特制模具中澆筑成毛坯，待干燥后再進行砌筑加工。但是一個模型試驗往往需要上萬塊甚至十余萬塊小塊體模型，一個個小塊體模型澆筑后再干燥工作量浩大，耗時耗力；同時，壩體及基礎(chǔ)巖體不同位置的巖體參數(shù)不同，也就是小塊體模型的配比等制作參數(shù)不同；而且小塊體的制作模具形狀、尺寸單一，這些都大大制約了地質(zhì)力學(xué)模型試驗的試驗進度和技術(shù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決地質(zhì)力學(xué)模型試驗中小塊體模型的快速、高效制作問題，縮短小塊體的制作周期，提供了一種模擬巖體結(jié)構(gòu)的小塊體模型壓制設(shè)備。本發(fā)明可以大大加快小塊體模型的制作速度，提高小塊體模型的質(zhì)量，節(jié)省大量的人力、物力；同時可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)小塊體的尺寸、形 狀與高度；為地質(zhì)力學(xué)模型試驗的順利進行提供保障。本發(fā)明提出的一種模擬巖體結(jié)構(gòu)的小塊體模型精細快速壓制設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括框架式底座，固定在框架式底座上的小塊體模具、模具上頂塊、推拉蓋板、壓力杠桿和限程拉桿；其中，小塊體模具和推拉蓋板安裝在框架式底座上表面，模具上頂塊設(shè)置在小塊體模具下部，其上端面插入模擬巖體的小塊體模具的腔體中，限程拉桿置于壓力杠桿一端。本發(fā)明的有益結(jié)果是:本設(shè)備可以根據(jù)加入的混合料質(zhì)量的不同制作出不同密度(即不同力學(xué)性質(zhì))的小塊體模型；同時，本設(shè)備可以調(diào)節(jié)小塊體模型的尺寸大小、形狀與高度，根據(jù)需要制作出相應(yīng)的小塊體模型。本設(shè)備不僅大大提高了小塊體模型制作的效率，而且制作出來的小塊體模型尺寸精確，密度分布均勻、準(zhǔn)確，砌筑加工時也比較方便；在本設(shè)備上手動加壓一次成型，無需另外加工。同時，也減少用水，縮短了晾曬時間。設(shè)備使用方便，能夠快速、精細、高效的壓制在地質(zhì)力學(xué)模型試驗中模擬壩體及巖體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的小塊體模型，可以大大提高小塊體模型的制作速度和質(zhì)量，降低了模型試驗的人力、物力消耗；設(shè)備簡單易行，適應(yīng)于推廣。


圖1為本發(fā)明的設(shè)備組成的側(cè)剖面示意圖:圖2為本發(fā)明的設(shè)備俯視圖:I為框架式底座，11為底座上橫梁，12為底座下橫梁；2為小塊體模具，21為模具的外殼，22為外殼內(nèi)部的鋼模；3為模具上頂塊，31為鐵制頂塊，32為頂桿；4為推拉蓋板，其中41為鐵制蓋板(由鐵質(zhì)蓋板411及輔助拉桿412組成)、42為連桿、43為杠桿(由豎向的支撐桿431與水平向的杠桿432組成)；5為壓力杠桿，其中51為壓力桿件、52為空心圓桿、53為豎向鐵桿、54為固定件；6為限程拉桿，其中61為拉桿、62為復(fù)位彈簧、63為帶孔的鐵制調(diào)節(jié)件、631為豎向帶孔鐵板63的轉(zhuǎn)動軸。
具體實施例方式本發(fā)明提出的一種模擬巖體結(jié)構(gòu)的小塊體模型精細快速壓制設(shè)備，結(jié)合如附圖及實施例詳細說明如下:本發(fā)明的壓制設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示，該設(shè)備包括框架式底座1，固定在框架式底座I上的小塊體模具2、模具上頂塊3、推拉蓋板4、壓力杠桿5和限程拉桿6 ;其中，小塊體模具2和推拉蓋板4安裝在框架式底座I上表面，模具上頂塊3設(shè)置在小塊體模具2下部，其上端面插入模擬巖體的小塊體模具2的腔體中，限程拉桿6置于壓力杠桿5 —端。本設(shè)備的一種實施例如圖1、圖2所示，各部件的具體實施方式
分別說明如下:本實施例的框架式底座I由槽鋼焊制而成，高約60cm，底部為“工”字型鋼架，尺寸130cm*130cm，使整體設(shè)備在使用時保持穩(wěn)定性。中部設(shè)置兩層橫梁(上橫梁11和下橫梁12)。本實施例的小塊體模具2由上下敞口的外殼21及設(shè)置在外殼內(nèi)腔中的鋼模22 ；如圖1、2所示(本實施例根據(jù)模擬巖體的具體需要設(shè)計了多種內(nèi)膛形狀的上下敞口鋼模，一共有2cm*2cm到16cm*8cm,矩形、三角形等共12種形狀尺寸的鋼模具,可加工12種不同形狀尺寸的精細小塊體模型，使用時可以根據(jù)實際需要選擇裝配在外殼內(nèi))。本實施例外殼高20cm,夕卜部尺寸18cm*10cm,內(nèi)部尺寸為16cm*8cm,外殼上部開有一橫向的通孔,供蓋板插入，使模具上端開口封閉。本實施例的模具上頂塊3由焊接成一體的鐵制頂塊31和頂桿32組成，頂塊的形狀與鋼模的內(nèi)膛形狀相同，也有與12種鋼模具形狀一一相對應(yīng)的12種頂塊，從模具2的下口插入鋼模內(nèi)膛中，并能在內(nèi)膛中上下移動；頂桿為3cm直徑的圓桿，圓桿下端插入到在底座的上橫梁11層中心的一豎向直徑3cm的小孔中，用以保證頂桿32始終沿著豎直方向上下運動。頂桿32的中部與壓力杠桿5通過直徑為2.5cm的螺栓鉸結(jié)。本實施例的壓力杠桿5包括壓力桿件51、空心圓桿52、豎向鐵桿53和固定件54 ；壓力杠桿5設(shè)置在框架式底座中部，左端的壓力桿件51的截面為邊長5cm的正方形；右端的空心圓桿52截面為 直徑3cm，與壓力桿件51右端相焊接；豎向鐵桿53的截面為矩形，豎向鐵桿53上部與壓力桿件51中部偏左部通過直徑2.5cm的轉(zhuǎn)動螺栓鉸接，豎向鐵桿53下部與固定在底座的下橫梁12層上的固定件54通過轉(zhuǎn)動螺栓鉸接。壓力桿件51左端部與模具上頂塊3的頂桿32中部鉸接，使頂桿32隨壓力桿件5連動。當(dāng)壓力杠桿5右端的空心圓桿52下壓時，頂桿32同時上升并保持豎直使頂塊31在模具中向上頂，將模具中的粉料擠壓成小塊體模型。本實施例的限程拉桿6包括拉桿61、復(fù)位彈簧62、帶孔的鐵制調(diào)節(jié)件63及轉(zhuǎn)軸631。限程拉桿6固定在框架式底座I右邊框上，設(shè)置在壓力杠桿5左端部的上方，拉桿61右半部為螺桿，螺桿左端部設(shè)一限位螺母，拉桿穿過框架式底座I右邊框的小孔，復(fù)位彈簧62套在拉桿61上，置于邊框內(nèi)，并通過限位螺母使彈簧一直處于壓縮狀態(tài)，在邊框小孔右端的限程拉桿6還設(shè)有一螺母，用于固定拉桿61的最小拉出長度；豎向帶孔鐵板63在轉(zhuǎn)軸631處鉸接在框架式底座頂板下面，頂部與拉桿61左端相鉸接，下端頂在壓力桿件51上，豎向帶孔鐵板63可以繞轉(zhuǎn)軸631轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)壓力杠桿5的最大下壓尺寸，進而控制頂塊3的最大上頂?shù)母叨?，使小塊體模具的高度得到控制。本實施例的推拉蓋板4如圖2所示，由依次連接的鐵制蓋板41、連桿42和杠桿43組成。鐵制蓋板41由蓋板411及輔助拉桿412組成，輔助拉桿412平行于蓋板411推拉方向，并且其右端與蓋板411左端焊接；連桿42右端與輔助拉桿412通過螺栓鉸接，左端與杠桿43通過螺栓鉸接；如圖1所示，杠桿43由豎向的支撐桿431與水平向的杠桿432組成兩部分組成，豎向的支撐桿431與鐵質(zhì)蓋板41等高，底部焊接在底座上表面上，頂部與水平向杠桿432通過螺栓鉸接。蓋板打開時，在水平向杠桿432尾部順時針用力，其杠桿432繞順時針轉(zhuǎn)動，帶動連桿42運動,進而帶動鐵質(zhì)蓋板41向左平動。本設(shè)備在加壓過程中，粉料的自 重相比于壓力大小可以忽略，所以粉料的上下層可以近似為均勻加壓，也就是小塊體模具材料分布均勻；經(jīng)驗表明，粉料的從下向上加壓比從上向下壓的塊體模型的質(zhì)量更好，密度分布更均勻，所以本設(shè)備是從下向上傳壓壓制；避免了以前的澆筑晾干過程中模塊中重粉料的沉淀造成下重上輕。本設(shè)備設(shè)置了壓力桿件5、推拉蓋板4的杠桿432等多個杠桿，大大方便了人員操作。本發(fā)明已經(jīng)在地質(zhì)力學(xué)模型試驗中得到試用，實踐表明小塊體模型的制作速度得到了很大的提高，而且壓制成的小塊體模型質(zhì)量分布均勻，強度和粘結(jié)度符合試驗要求。本設(shè)備的工作過程說明如下:準(zhǔn)備過程(I)將重晶石粉、膨潤土、特制膠水等按照一定的配比混合，將粉料上下攪拌均勻；(2)根據(jù)需要，選擇合適的鋼模形狀，對應(yīng)的模具上頂塊3形狀，并將其安裝在底座I上部的外殼21中；根據(jù)要求的小塊體模具高度調(diào)節(jié)限程拉桿6的右端螺母；(3)根據(jù)要求的小塊體模型密度、尺寸、形狀計算小塊體模型的質(zhì)量；小塊體模型制作過程:(4)使用杠桿432打開模具2的推拉蓋板4，稱取設(shè)定質(zhì)量的混合粉料，用漏斗加入模具2中，關(guān)閉推拉蓋板4;(5)在壓力杠桿52右端手動向下施壓，到壓不動為止；力通過杠桿的轉(zhuǎn)化，使上頂塊將鋼模膛體中的粉末下部加壓力并成形為設(shè)定高度的小塊體模型；(6)使用杠桿432打開模具2的推拉蓋板4,將限程拉桿6拉出，再使用壓力杠桿52將壓制好的小塊體模型從模具2中緩緩頂出； (7)重復(fù)步驟4) -6 )進行下一小塊體模型制作。
權(quán)利要求
1.一種模擬巖體結(jié)構(gòu)的小塊體模型精細快速壓制設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括框架式底座，固定在框架式底座上的小塊體模具、模具上頂塊、推拉蓋板、壓力杠桿和限程拉桿；其中，小塊體模具和推拉蓋板安裝在框架式底座上表面，模具上頂塊設(shè)置在小塊體模具下部，其上端面插入模擬巖體的小塊體模具的腔體中，限程拉桿置于壓力杠桿一端。
2.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，所述小塊體模具由上下敞口的外殼及設(shè)置在外殼內(nèi)腔中的鋼模所組成；所述鋼模包括多種內(nèi)膛形狀的上下敞口的鋼模，所述外殼上部開有一橫向的通孔，供蓋板插入，使模具上端開口封閉。
3.如權(quán)利要求2所述設(shè)備，其特征在于，所述模具上頂塊由焊接成一體的鐵制頂塊和頂桿組成，頂塊的形狀與鋼模的內(nèi)膛形狀相同，包括與多種鋼模具形狀一一相對應(yīng)的多種頂塊，頂塊從模具的下口插入鋼模內(nèi)膛中，并能在內(nèi)膛中上下移動；頂桿下端插入到在底座的上橫梁的一豎向孔中，用以保證頂桿始終沿著豎直方向上下運動；頂桿的中部與壓力杠桿通過螺栓鉸結(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，所述壓力杠桿包括壓力桿件、空心圓桿、豎向鐵桿和固定件；壓力杠桿設(shè)置在框架式底座中部，左端的壓力桿件的截面為正方形；右端的空心圓桿與壓力桿件右端相焊接；豎向鐵桿的截面為矩形，豎向鐵桿上部與壓力桿件中偏左部通過轉(zhuǎn)動螺栓鉸接，豎向鐵桿下部與固定在底座的下橫梁上的固定件通過轉(zhuǎn)動螺栓鉸接；壓力桿件左端部與模具上頂塊的頂桿中部鉸接，使頂桿隨壓力桿件連動。
5.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，所述限程拉桿包括拉桿、復(fù)位彈簧、帶孔的鐵制調(diào)節(jié)件及轉(zhuǎn)軸；限程拉桿固定在框架式底座右邊框上，設(shè)置在壓力杠桿左端部的上方，拉桿右半部為螺桿，螺桿左端部設(shè)一限位螺母，拉桿穿過框架式底座右邊框的小孔，復(fù)位彈簧套在拉桿上，置于邊框內(nèi)，并通過限位螺母使彈簧一直處于壓縮狀態(tài)，在邊框小孔右端的限程拉桿還設(shè)有一螺母，用于固定拉桿的最小拉出長度；豎向帶孔鐵板在轉(zhuǎn)軸處鉸接在框架式底座頂板下面，頂部與拉桿左端相鉸接，下端頂在壓力桿件上，豎向帶孔鐵板繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)壓力杠桿的最大下壓尺寸。
6.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于，所述推拉蓋板由依次連接的鐵制蓋板、連桿和杠桿組成；鐵制蓋板由蓋板及輔助拉桿組成，輔助拉桿平行于蓋板推拉方向，并且其右端與蓋板左端焊接； 連桿右端與輔助拉桿通過螺栓鉸接，左端與杠桿通過螺栓鉸接；杠桿由豎向的支撐桿與水平向的杠桿兩部分組成，豎向的支撐桿與鐵質(zhì)蓋板等高，底部焊接在底座上表面上，頂部與水平向杠桿通過螺栓鉸接。
全文摘要
本發(fā)明涉及模擬巖體結(jié)構(gòu)的小塊體模型壓制設(shè)備，屬于地質(zhì)力學(xué)模型試驗技術(shù)領(lǐng)域,該設(shè)備包括框架式底座，固定在框架式底座上的小塊體模具、模具上頂塊、推拉蓋板、壓力杠桿和限程拉桿；其中，小塊體模具和推拉蓋板安裝在框架式底座上表面，模具上頂塊設(shè)置在小塊體模具下部，其上端面插入模擬巖體的小塊體模具的腔體中，限程拉桿置于壓力杠桿一端。本發(fā)明可以大大加快小塊體模型的制作速度，提高小塊體模型的質(zhì)量，節(jié)省大量的人力、物力；同時可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)小塊體的尺寸、形狀與高度；為地質(zhì)力學(xué)模型試驗的順利進行提供保障。
文檔編號G01N1/28GK103234796SQ20131015074
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者劉耀儒, 楊強, 程立, 楊若瓊 申請人:清華大學(xué)