一種用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗的多功能剪切盒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及地質(zhì)力學(xué)模型試驗和巖石力學(xué)常規(guī)試驗，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)模型試驗作為各類地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理研究以及巖土工程設(shè)計分析的重要手段，通過構(gòu)建原型和模型之間的相似關(guān)系，以實現(xiàn)原型的表觀現(xiàn)象和內(nèi)在機(jī)理在模型試驗中近似真實的反映。相似材料是否能夠近似模擬真實巖體的物理力學(xué)特性，對模型試驗的設(shè)計實施起著至關(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，因此開展地質(zhì)力學(xué)模型試驗相似設(shè)計時需要同時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直接剪切試驗測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沿其內(nèi)部軟弱結(jié)構(gòu)面或夾層形成滑動帶，因此在開展模型試驗設(shè)計之前亦有必要采用室內(nèi)試驗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)模型試驗研究中相似材料的制備與試驗通常是兩個相對獨立的過程，其中相似材料的制備采用壓實成型，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定則借鑒巖石力學(xué)常規(guī)試驗方法，且使用過程中未能考慮黏結(jié)材料層厚對其剪切特性的影響。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]相似材料結(jié)構(gòu)面剪切過程涉及了相似材料試塊壓制、結(jié)構(gòu)面制作、結(jié)構(gòu)面直剪等過程，而已有的模型試驗中并沒有一套完整的裝置可以集中解決這一系列問題。因此，相似材料結(jié)構(gòu)面制作過程復(fù)雜，直剪試驗效率很低。針對存在的問題，本實用新型提供了一種能夠同時滿足巖體相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗試件制備以及試驗實施的剪切盒。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案:
[0005]—種用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗的多功能剪切盒，包括下盒、側(cè)向擋板、剪切環(huán)、凸塊、把手、上盒和承壓板；
[0006]下盒為四開模具，通過螺栓將四開模具固定，下盒在試件壓制和試件剪切過程中被固定在萬能試驗機(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程;在試件壓制過程中，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；在試件壓制過程中，上盒通過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;通過控制剪切環(huán)的厚度，調(diào)整結(jié)構(gòu)面厚度，測定不同厚度相似材料結(jié)構(gòu)面的力學(xué)指標(biāo)。
[0009]本實用新型的有益效果:該多用盒可以同時實現(xiàn)巖體相似材料直接剪切試驗的試樣制備和試驗實施，且能研究不同層厚黏結(jié)材料的剪切特性，這些優(yōu)勢是現(xiàn)有的巖體相似材料試驗設(shè)備所不具有的。利用四開模具可以快速裝卸的特點，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，實現(xiàn)了黏結(jié)材料剪切變形過程的可視化。
【附圖說明】

[0010]圖1是本實用新型所述用于巖體相似材料試塊成型的正面示意圖。
[0011 ]圖2是本實用新型所述用于完整相似材料試塊成型的正面示意圖。
[0012]圖3是本實用新型所述用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗的正面示意圖。
[0013]圖4是本實用新型所述用于完整相似材料試塊直剪試驗的正面示意圖。
[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；
[0015]8底部螺帽;9四開模螺帽；10散粒體相似材料;11試塊;12黏結(jié)材料。
【具體實施方式】
[0016]為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0017]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為四開模，由螺栓固定為一個整體，材質(zhì)為鍍鋅鐵板。剪切環(huán)2，有多個厚度，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。
[0018](I)圖1圖示了含結(jié)構(gòu)面的巖體相似材料試塊成型過程:首先將側(cè)向擋板5安置在四開模具的凹槽上，然后將四開模具由螺絲牢牢固定，再將下盒在試件壓制和試件剪切過程中被固定在萬能試驗機(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。
[0019]試塊脫模過程:控制壓力機(jī)卸載，利用把手4卸去上盒3，松開下盒I四開部件的連接螺栓，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。
[0020]取兩個已壓制好的5cm標(biāo)準(zhǔn)試件，將其中一個放于下盒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，靜置一定的時間后，含結(jié)構(gòu)面的巖體相似材料試塊的制備完成。
[0021](2)圖2圖示了完整巖體相似材料試塊成型過程:將側(cè)向擋板5安置在下盒I的凹槽上，然后將四開的下盒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。
[0022](3)圖3圖示了巖體相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗的過程:將步驟(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，將整個裝置放在壓力機(jī)底板上，固定下盒I，通過壓力機(jī)先施加一定的豎向力，再施加側(cè)向力，同時，位移傳感器和力傳感器對側(cè)向力和側(cè)向位移時程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集;變動豎向力大小，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，在整個剪切過程中，結(jié)構(gòu)面的形態(tài)變化特征可以觀察到，這有助于我們對結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的理解。剪切環(huán)有多個厚度，變動剪切環(huán)厚度可以分析不同厚度結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度特性。
[0023](4)圖4圖示了完整巖體相似材料直剪的過程:將步驟(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)所述過程。
【主權(quán)項】
1.一種用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗的多功能剪切盒，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； 下盒為四開模具，通過螺栓將四開模具固定，下盒在試件壓制和試件剪切過程中被固定在萬能試驗機(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程；在試件壓制過程中，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;在試件壓制過程中，上盒設(shè)有凸塊，在成型過程中，上盒通過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;通過控制剪切環(huán)的厚度，調(diào)整結(jié)構(gòu)面厚度，測定不同厚度相似材料結(jié)構(gòu)面的力學(xué)指標(biāo)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于相似材料結(jié)構(gòu)面直剪試驗的多功能剪切盒，針對地質(zhì)力學(xué)模型試驗中廣泛存在的結(jié)構(gòu)面問題，設(shè)計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；下盒固定于萬能試驗機(jī)，在試塊成型過程中，側(cè)向擋板可以防止試塊沿四開模連接處產(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。該剪切盒同時解決了試件成型和結(jié)構(gòu)面直剪試驗等過程，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，有助于模型試驗中黏結(jié)材料的選取。
【IPC分類】G01N1/28, G01N3/24, G01N3/02
【公開號】CN205384196
【申請?zhí)枴緾N201620188481
【發(fā)明人】王亮, 年廷凱, 張彥君, 趙維, 范寧, 唐軍
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年3月11日