專利名稱：一種多互層模型材料的薄層切割裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖石力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種多互層模型材料的薄層切割
裝置，該裝置利用一組平行鋼絲將模型材料一次切割為多個(gè)薄片，廣泛應(yīng)用于制備多互層 模型材料。
背景技術(shù)：
在與巖石力學(xué)相關(guān)的地下工程、礦山工程、邊坡工程等領(lǐng)域，大量存在著與沉積巖 巖層有關(guān)的互層復(fù)合巖體力學(xué)問題。由于互層復(fù)合巖體是由多種不同屬性、不同厚度、不同 組分并以不同結(jié)合方式按照某種順序組合而成的天然層狀材料，其力學(xué)和變形特性就反映 出了多相不均勻性、各相異性、層間界面力學(xué)性質(zhì)、復(fù)合體力學(xué)效應(yīng)以及力學(xué)性質(zhì)的不匹配 性質(zhì)。 在自然界很難找到適合實(shí)驗(yàn)室研究尺寸的互層復(fù)合巖體，物理模擬試驗(yàn)是研究互 層復(fù)合巖體力學(xué)行為的有效方法，已得到國(guó)際巖石力學(xué)領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可。物理模擬試驗(yàn)是 一種巖體介質(zhì)物理力學(xué)特性研究方法，它可以模擬各種復(fù)雜的地質(zhì)條件和邊界條件，能較 全面而又形象地呈現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)與相關(guān)巖土體共同作用下的應(yīng)力和變形機(jī)制、破壞機(jī)理、形 態(tài)及失穩(wěn)階段的全貌。 —種研究多互層巖石類介質(zhì)力學(xué)行為的好思路是選擇兩種或者兩種以上的模型
材料，分別對(duì)其切割以形成多個(gè)薄層，將獲得的不同材料的薄層交互疊加粘結(jié)在一起，然后
再針對(duì)這種互層復(fù)合模擬巖體進(jìn)行相關(guān)的巖石力學(xué)試驗(yàn)研究。但是，目前模型材料試驗(yàn)存 在的一個(gè)重要問題是如何高效地獲得制備多互層模型材料所需要的薄層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種多互層模型材料的薄層切割裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，操作方便，工作效率高，使用一組平行鋼絲將模型材料塊體一次切割為多個(gè)薄片。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 —種多互層模型材料的薄層切割裝置，它包括切割架、材料箱、承壓板、底座，其特 征在于切割架安裝在底座上，材料箱安裝在底座的凹槽內(nèi)，水平推動(dòng)切割架帶動(dòng)多條平行 鋼絲水平切割模型材料塊體可獲得多個(gè)薄層。所述的切割架主框架由三條槽鋼及二條角鋼 焊接而成，沿切割架側(cè)壁槽鋼腹板中心線均勻打小孔，鋼絲穿過小孔后拉緊并固定在切割 架上，推動(dòng)切割架對(duì)模型材料塊體進(jìn)行切割，可獲得一定厚度的模型材料薄層。切割架的二 條角鋼卡在底座上，切割架上裝有一組間距可調(diào)的平行鋼絲。所述的材料箱有五塊可拆卸 板組成，分別為材料箱底板、第一材料箱側(cè)壁、第二材料箱側(cè)壁、第三材料箱側(cè)壁及第四材 料箱側(cè)壁，在切割模型材料塊體的操作過程中，先拆卸第一材料箱側(cè)壁、第二材料箱側(cè)壁及 第三材料箱側(cè)壁，待鋼絲全部穿過模型材料塊體后再拆卸第四材料箱側(cè)壁。所述的底座由 四條角鋼焊接而成，兩個(gè)長(zhǎng)邊外側(cè)各焊接一條光面鋼筋，其橫截面為圓形，使用時(shí)在光面鋼 筋上涂抹潤(rùn)滑油。所述的鋼絲通過帶孔螺栓固定到切割架上，帶孔螺栓端部鉆有小圓孔，鋼絲穿過小圓孔后擰在帶孔螺栓上，在拉緊鋼絲時(shí)，用螺絲刀保持帶孔螺栓不轉(zhuǎn)，只調(diào)整兩個(gè) 螺母，從而保證鋼絲只被拉緊而不被擰斷。 為一次操作獲得多個(gè)薄層，切割架上裝有多條(一般有10到20條)平行鋼絲，調(diào)
整相鄰兩根鋼絲的間距( 一般為4到28毫米)，可獲得不同厚度的模型材料薄層。 切割架側(cè)壁槽鋼兩翼打若干等間距孔( 一般為4或8或12或16或20或24或28
毫米)，翼板前后兩側(cè)各放置一個(gè)螺母后，將螺栓裝配到切割架上。螺栓端部鉆有小孔，鋼絲
穿過小孔后擰在螺栓上，在拉緊鋼絲時(shí)，用螺絲刀保持螺栓不轉(zhuǎn)，只調(diào)整兩個(gè)螺母，從而保
證鋼絲只被拉緊而不被擰斷。 材料箱為上部敞開的長(zhǎng)方體形，整個(gè)材料箱與底座是分離開的，且其兩個(gè)側(cè)壁上
各開有一對(duì)螺孔，分別擰入螺母后可方便搬運(yùn)材料箱。材料箱由五塊可拆卸鐵板組成，材料
箱的四個(gè)側(cè)壁通過螺母與材料箱底板相連，材料箱的相鄰兩個(gè)側(cè)壁之間通過螺母相連，目
的是模型材料預(yù)壓完成后，將相應(yīng)的板面拆卸，可進(jìn)行模型材料薄層的切割工作。 承壓板是一塊有足夠剛度的鋼板，其作用是傳遞壓力試驗(yàn)機(jī)的所施加的壓力，實(shí)
現(xiàn)對(duì)材料箱中所裝模型材料的均勻施壓。其上部開有兩個(gè)不穿透承壓板的螺孔，螺孔擰入
螺栓后可實(shí)現(xiàn)對(duì)承壓板的方便移動(dòng)。 底座兩個(gè)長(zhǎng)邊外側(cè)各焊接一條表面光滑的粗鋼筋，使用該裝置時(shí)在鋼筋條上涂抹 潤(rùn)滑油，其目的是有效減小推動(dòng)切割架進(jìn)行切割操作時(shí)的摩擦阻力。 —個(gè)典型的薄層制備過程為將模型材料均勻填入材料箱子，在材料箱中的模型 材料頂部放置承壓板，將材料箱搬到壓力試驗(yàn)機(jī)上，按照模型材料制備方案要求在壓力試 驗(yàn)機(jī)上加壓，從壓力試驗(yàn)機(jī)上取下材料箱并放在底座上，取下承壓板，拆下材料箱的三個(gè)側(cè) 壁，按照試驗(yàn)方案所需要的薄層厚度調(diào)整切割架鋼絲的間距，水平推動(dòng)切割架使切割架上 的鋼絲平穩(wěn)穿過模型材料塊體，拆下材料箱的最后一個(gè)側(cè)壁，取下切割架，即可獲得制備多 互層模型材料需要的薄層。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)有
1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工； 2)易于操作且效率高，一次操作可切割出多個(gè)薄層；
3)切割薄層的厚度可調(diào)； 4)所獲得的同種材料的薄層均質(zhì)性好，有效避免了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性。


圖1為一種多互層模型材料的薄層切割裝置的裝配示意圖。 圖2為一種多互層模型材料的薄層切割裝置的切割架示意圖。 圖3為一種多互層模型材料的薄層切割裝置的打孔螺栓及其裝配形式示意圖。 圖4為一種多互層模型材料的薄層切割裝置的材料箱示意圖。 圖5為一種多互層模型材料的薄層切割裝置的壓板與螺栓的裝配關(guān)系示意圖。 圖6為一種多互層模型材料的薄層切割裝置的底座示意圖。 圖中編號(hào)對(duì)應(yīng)名稱為1-切割架；2_材料箱；3_承壓板；4_底座；5_鋼絲；6_螺 母；7_帶孔螺栓；8-材料箱底板；9-材料箱側(cè)壁；10_材料箱側(cè)壁；11_材料箱側(cè)壁；12-材 料箱側(cè)壁；13-角鋼；14-螺栓；15-光面鋼筋。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述 —種多互層模型材料的薄層切割裝置，它包括切割架1、材料箱2、承壓板3、底座 4，其特征在于切割架1安裝在底座4上，材料箱2安裝在底座4的凹槽內(nèi)，水平推動(dòng)切割 架1帶動(dòng)多條平行鋼絲5水平切割模型材料塊體可獲得多個(gè)薄層。 所述的切割架1主框架由三條槽鋼及二條角鋼焊接而成，切割架1的二條角鋼卡 在底座4上，切割架1上裝有一組( 一般有10或11或12或13或14或15或16或17或 18或19或20條)間距可調(diào)的平行鋼絲5。 所述的材料箱2有五塊可拆卸板組成，分別為材料箱底板8、第一材料箱側(cè)壁9、第 二材料箱側(cè)壁10、第三材料箱側(cè)壁11及第四材料箱側(cè)壁12，在切割模型材料塊體的操作過 程中，先拆卸第一材料箱側(cè)壁9、第二材料箱側(cè)壁IO及第三材料箱側(cè)壁11，待鋼絲5全部穿 過模型材料塊體后再拆卸第四材料箱側(cè)壁12。 所述的底座4由四條角鋼焊接而成，兩個(gè)長(zhǎng)邊外側(cè)各焊接一條光面鋼筋15，其橫 截面為圓形，使用時(shí)在光面鋼筋15上涂抹潤(rùn)滑油。 所述的鋼絲5通過帶孔螺栓固定到切割架1上，帶孔螺栓7端部鉆有小圓孔，鋼絲 5穿過小圓孔后擰在帶孔螺栓7上，在拉緊鋼絲5時(shí)，用螺絲刀保持帶孔螺栓7不轉(zhuǎn)，只調(diào)整 兩個(gè)螺母6，從而保證鋼絲5只被拉緊而不被擰斷。 如圖2所示，切割架1主框架由三條槽鋼及二條角鋼焊接而成。沿切割架1側(cè)壁 槽鋼腹板中心線均勻打小孔，鋼絲5穿過小孔后拉緊并固定在切割架1上，推動(dòng)切割架1對(duì) 模型材料塊體進(jìn)行切割，可獲得一定厚度的模型材料薄層。切割架1的二條角鋼可恰好卡 在底座4上，其作用是避免推動(dòng)過程中切割架1發(fā)生大幅度晃動(dòng)，造成薄層的損壞。
為一次操作獲得多個(gè)薄層，切割架1上裝有多條平行鋼絲5 ( —般有10或11或12 或13或14或15或16或17或18或19或20條)，調(diào)整相鄰兩根鋼絲5的間距( 一般為4 或8或12或16或20或24或28毫米)，可獲得不同厚度的模型材料薄層。
切割架1側(cè)壁槽鋼兩翼打若干等間距圓孔( 一般為4毫米)，翼板前后兩側(cè)各放置 一個(gè)螺母6后，將螺栓7裝配到切割架1上。帶孔螺栓7端部鉆有小圓孔，鋼絲5穿過小圓 孔后擰在帶孔螺栓7上，在拉緊鋼絲5時(shí)，用螺絲刀保持帶孔螺栓7不轉(zhuǎn)，只調(diào)整兩個(gè)螺母 6，從而保證鋼絲5只被拉緊而不被擰斷。 材料箱2為上部敞開的長(zhǎng)方體形，材料箱2與底座4是分離開的，材料箱底板8可 恰好安放在底座4的凹槽內(nèi)。第一材料箱側(cè)壁9及第二材料箱側(cè)壁10上各開有一對(duì)螺孔， 四個(gè)螺孔分別擰入一個(gè)螺母14后可方便搬運(yùn)材料箱2。材料箱2由五塊可拆卸鐵板組成， 分別為材料箱底板8、第一材料箱側(cè)壁9、第二材料箱側(cè)壁10、第三材料箱側(cè)壁11及第四材 料箱側(cè)壁12，第一材料箱側(cè)壁9、第二材料箱側(cè)壁10、第三材料箱側(cè)壁11及第四材料箱側(cè) 壁12依次相連，第一材料箱側(cè)壁9、第二材料箱側(cè)壁10、第三材料箱側(cè)壁11及第四材料箱 側(cè)壁12分別與材料箱底板8相連，目的是模型材料在壓力試驗(yàn)機(jī)上預(yù)壓完成后，將相應(yīng)的 板而拆卸，可進(jìn)行模型材料薄層的切割工作。 如圖4所示，第一材料箱側(cè)壁9、第二材料箱側(cè)壁10、第三材料箱側(cè)壁11及第四材 料箱側(cè)壁12的底部邊緣焊接有角鋼13，主要起連接作用，角鋼13在相應(yīng)部位開通孔與材料箱底板8的螺孔相配；第三材料箱側(cè)壁11及第四材料箱側(cè)壁12的側(cè)邊緣開有螺孔分別與
第一材料箱側(cè)壁9及第二材料箱側(cè)壁10邊緣的縱向排列的通孔相配。在相應(yīng)螺孔擰入螺 栓即可將材料箱2裝配成型。 承壓板3是一塊有足夠剛度的鋼板。其尺寸與材料箱2的開口相匹配，可恰好放 入材料箱2內(nèi)。其上部開有兩個(gè)不穿透承壓板3的螺孔，螺孔擰入螺栓14后可實(shí)現(xiàn)對(duì)承壓 板3的方便移動(dòng)。其作用是傳遞壓力試驗(yàn)機(jī)的所施加的壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料箱2中所裝模型 材料的均勻施壓。 底座4由四條角鋼焊接而成，兩個(gè)長(zhǎng)邊外側(cè)各焊接一條光面鋼筋15，其橫截面為
圓形，使用該裝置時(shí)在光面鋼筋15上涂抹潤(rùn)滑油，其目的是有效減小推動(dòng)切割架1進(jìn)行切
割操作時(shí)的摩擦阻力。 —個(gè)典型的薄層制備過程為 1、裝置裝配及調(diào)整 按照試驗(yàn)方案所需要的薄層厚度調(diào)整切割架1的鋼絲5的間距，并將切割架1置 于底座4的一端。將材料箱2組裝成型。
2、模型材料塊體制備 將模型材料均勻填入材料箱2，在材料箱2中的模型材料頂部放置承壓板3，將材 料箱2搬到壓力試驗(yàn)機(jī)上，按照模型材料制備方案要求在壓力試驗(yàn)機(jī)上加壓。
3、切割薄層 從壓力試驗(yàn)機(jī)上取下材料箱2并放在底座4上，取下承壓板3，拆下材料箱2的第 二材料箱側(cè)壁9、第三材料箱側(cè)壁10及第四材料箱側(cè)壁ll，水平推動(dòng)切割架1使鋼絲5平 穩(wěn)穿過模型材料塊體，拆下材料箱側(cè)壁12 (最后才拆下材料箱側(cè)壁12的目的是保證推動(dòng)切 割架l進(jìn)行切割過程中模型材料塊體不會(huì)被推散)，取下切割架l，即可獲得制備多互層模 型材料需要的薄層。
權(quán)利要求
一種多互層模型材料的薄層切割裝置，它包括切割架(1)、材料箱(2)、承壓板(3)、底座(4)，其特征在于切割架(1)安裝在底座(4)上，材料箱(2)安裝在底座(4)的凹槽內(nèi)，切割架(1)主框架由三條槽鋼及二條角鋼焊接，切割架(1)的二條角鋼卡在底座(4)上，切割架(1)上裝有一組間距可調(diào)的平行鋼絲(5)，第一材料箱側(cè)壁(9)、第二材料箱側(cè)壁(10)、第三材料箱側(cè)壁(11)及第四材料箱側(cè)壁(12)的底部邊緣焊接有角鋼(13)，角鋼(13)在相應(yīng)部位開通孔與材料箱底板(8)的螺孔相配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多互層模型材料的薄層切割裝置，其特征在于所述的 第三材料箱側(cè)壁(11)及第四材料箱側(cè)壁(12)的側(cè)邊緣開有螺孔分別與第一材料箱側(cè)壁 (9)及第二材料箱側(cè)壁(10)邊緣的縱向排列的通孔相配，在相應(yīng)螺孔擰入螺栓將材料箱 (2)裝配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多互層模型材料的薄層切割裝置，其特征在于所述的 底座(4)由四條角鋼焊接，兩個(gè)長(zhǎng)邊外側(cè)各焊接一條光面鋼筋(15)，其橫截面為圓形，在光 面鋼筋(15)上涂抹潤(rùn)滑油。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多互層模型材料的薄層切割裝置，其特征在于所述的 鋼絲(5)通過帶孔螺栓固定到切割架(1)上，帶孔螺栓(7)端部鉆有小圓孔，鋼絲(5)穿過 小圓孔后擰在帶孔螺栓(7)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多互層模型材料的薄層切割裝置，它包括切割架、材料箱、承壓板、底座，切割架安裝在底座上，材料箱安裝在底座的凹槽內(nèi)，切割架主框架山三條槽鋼及二條角鋼焊接，切割架的二條角鋼卡在底座上，切割架上裝有一組間距可調(diào)的平行鋼絲，材料箱側(cè)壁的底部邊緣焊接有角鋼，角鋼在相應(yīng)部位開通孔與材料箱底板的螺孔相配，材料箱側(cè)壁的側(cè)邊緣開有螺孔分別與材料箱側(cè)壁邊緣的縱向排列的通孔相配，在相應(yīng)螺孔擰入螺栓將材料箱裝配，底座由四條角鋼焊接，兩個(gè)長(zhǎng)邊外側(cè)各焊接一條光面鋼筋，其橫截面為圓形，在光面鋼筋上涂抹潤(rùn)滑油。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，工作效率高。使用一組平行鋼絲將模型材料塊體一次切割為多個(gè)薄片。
文檔編號(hào)B28D1/22GK101774230SQ20101011136
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者張桂民, 施錫林, 李銀平, 楊春和 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所