【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及巖石力學(xué)試驗(yàn)，具體是一種大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝置和方法。
技術(shù)介紹
1、巖石力學(xué)試驗(yàn)的研究對(duì)象為巖石試件，巖石試件尺寸受限于已有的巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)外采樣的巖石試件一般是現(xiàn)場(chǎng)從利用地質(zhì)鉆頭鉆取的完整巖芯挑選出來(lái)的，經(jīng)室內(nèi)二次打磨拋光處理成型。加工成型的巖石試件，一般為圓柱體，試件半徑為40mm左右，高度為150mm左右。由于巖芯尺寸小，其內(nèi)部一般不含或還有少量的節(jié)理裂隙，與巖體實(shí)際情況不相符，試驗(yàn)結(jié)果不能真實(shí)反映巖體力學(xué)性能。于是，開展大尺寸巖石力學(xué)試驗(yàn)是巖石力學(xué)試驗(yàn)發(fā)展的必然要求。開展大尺寸巖石力學(xué)試驗(yàn)必須要解決兩大關(guān)鍵問題，一是巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，二是在現(xiàn)場(chǎng)如何獲取大尺寸巖石試件。對(duì)于第一個(gè)問題，隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外開發(fā)了不同規(guī)格和型號(hào)的巖石力學(xué)設(shè)備，試件尺寸可以達(dá)到500mm×500mm×1500mm，試驗(yàn)壓力可達(dá)到3000噸，典型設(shè)備有美國(guó)生產(chǎn)的mts型巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備以及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的長(zhǎng)江3000型大型巖體水力耦合多功能試驗(yàn)系統(tǒng)。對(duì)于第二個(gè)關(guān)鍵問題，目前國(guó)內(nèi)取大樣主要采樣人工方式，在試件的上下左右連續(xù)鉆孔形成4條切縫來(lái)獲取大尺寸巖石試件。該方法取樣效率低，鉆孔方向不容易控制，成功率低、取出來(lái)的巖樣表面不平整，還需要二次加工。另外，大量鉆孔產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)導(dǎo)致巖石試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到一定的損傷，產(chǎn)生新的微裂紋，從而影響試驗(yàn)結(jié)果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)在取巖石大樣存在的困難，本專利技術(shù)的目的在于提供一種大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝
2、本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、一種大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝置，包括平行設(shè)置的的2根傳力柱，所述傳力柱的一端與卡緊機(jī)構(gòu)相連固定，另一端與橫梁相連固定，卡緊機(jī)構(gòu)用于固定傳力柱，在靠近卡緊機(jī)構(gòu)的一端安裝切割機(jī)構(gòu)，在沿所述橫梁的長(zhǎng)度方向安裝固定2個(gè)纏線機(jī)構(gòu)；每個(gè)切割機(jī)構(gòu)包括2個(gè)定位輪、2個(gè)導(dǎo)向輪和1塊導(dǎo)向板，定位輪固定在導(dǎo)向板的一端，導(dǎo)向輪安裝在導(dǎo)向板的齒輪凹槽內(nèi)，導(dǎo)向板上安裝定位輪的一端靠近卡緊機(jī)構(gòu)，金剛砂線卷繞在導(dǎo)向輪和定位輪上，帶動(dòng)金剛砂線來(lái)回運(yùn)動(dòng)切割巖體；所述纏線機(jī)構(gòu)用于調(diào)整金剛砂線的松緊程度，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向輪在導(dǎo)向板上沿著齒輪凹槽滑動(dòng)，帶動(dòng)金剛砂線在巖體表面運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體的切割。
4、進(jìn)一步的，所述卡緊機(jī)構(gòu)包括卡板、壓板、固定板、傳動(dòng)塊、拉簧和套孔，套孔采用鉆機(jī)設(shè)備在巖體中套取鉆孔形成，巖石試件制取裝置的中安裝有卡緊機(jī)構(gòu)和切割機(jī)構(gòu)的傳力柱放入套孔中；壓板與套孔底部接觸，固定板與傳力柱末端連接，傳動(dòng)塊底部的軸卡入固定板內(nèi)的凹槽中，傳動(dòng)塊頂部與壓板通過軸銷子連接，壓板通過四個(gè)彈簧軸與固定板連接，卡板底部軸固定在固定板上預(yù)留的孔中，拉簧一端與卡板頂部軸銷連接，另一端鉤掛在壓板側(cè)邊的橫軸上。
5、進(jìn)一步的，所述橫梁兩端各裝備有個(gè)纏線機(jī)構(gòu)，一邊收線的同時(shí)另一邊放線；所述纏線機(jī)構(gòu)包括纏線輪、固定輪、電動(dòng)液壓泵。固定輪固定于橫梁的端頭，纏線輪與固定輪連接，且由電動(dòng)液壓泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，金剛砂線卷繞在纏線輪上。
6、一種大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝置方法，其使用上述裝置進(jìn)行，所述方法包括如下步驟：
7、步驟1、組裝各個(gè)部件：組裝卡緊機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)和纏線機(jī)構(gòu)，纏繞金剛砂線于纏線輪上，按要求加工橫梁和傳力柱；
8、步驟2、選點(diǎn)：在傳統(tǒng)制作大尺寸巖石試件方法的基礎(chǔ)上，選取主洞或邊坡的轉(zhuǎn)角處，根據(jù)制取巖石試件尺寸，確定巖石試件的邊界線；
9、步驟3、布置鉆孔：巖石試件切割前，在轉(zhuǎn)角的一個(gè)出露面布置鉆孔，在轉(zhuǎn)角的另一個(gè)出露面布置兩個(gè)鉆孔；
10、步驟4、鉆孔：孔為連環(huán)套孔，由2個(gè)鉆頭鉆取的鉆孔組成，套孔深度根據(jù)切割試樣尺寸而定，完成所有套孔后，用清水沖洗干凈；
11、步驟5、組裝巖石試件制取裝置：根據(jù)套孔間距和套孔深度，組裝大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝置，測(cè)量套孔間距以及套孔深度，根據(jù)套孔間距和深度確定采用傳力柱的長(zhǎng)度和2根傳力柱的間距，再確定2根傳力柱在橫梁上的安裝位置，最后依次安裝卡緊機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)、纏線機(jī)構(gòu)和金剛砂線；
12、步驟6、固定裝置：調(diào)整卡緊機(jī)構(gòu)，使其處于閉合狀態(tài)，將裝置送入套孔內(nèi)，調(diào)整金剛砂線松緊程度，使金剛砂線與巖體表面緊密接觸，用力向下按壓裝置，使卡緊機(jī)構(gòu)處于張開卡緊狀態(tài)，固定裝置；
13、步驟7、纏線機(jī)構(gòu)接上電源，啟動(dòng)電動(dòng)液壓泵，帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)上的導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)并逐步向巖體深部移動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)金剛砂線在巖體表面高速來(lái)回摩擦切割巖體；
14、步驟8、切割完成后，握住傳力柱，用力向下按壓，卡緊機(jī)構(gòu)回到初始狀態(tài)，即閉合狀態(tài)，從套孔內(nèi)取出裝置，再按同樣方法開展其它面的切割，直到4個(gè)面切割完成；
15、步驟9、將裝置移到轉(zhuǎn)角處的另一面，按上述同樣的方法切割，這樣，整個(gè)試件的5個(gè)面切割完成。
16、本專利技術(shù)只需少量鉆孔，利用電動(dòng)液壓泵扭矩控制金剛砂線的松緊程度，金剛砂線在巖體上高速來(lái)回移動(dòng)切割巖體，并帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向輪向巖體深部移動(dòng)。該裝置突破了傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)制取大尺寸巖石試件的局限性，其優(yōu)越性體現(xiàn)在以下方面：
17、(1)工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度降低；(2)工作效率提高，據(jù)測(cè)算，在常規(guī)中，2名熟練工人取一個(gè)巖石試件需要4天左右，采用該裝置，2名熟練工人取同樣的巖石試件只需1.5天左右；(3)巖石試件表面光滑平整，不需要二次加工；(4)巖石損傷小。制樣過程中，產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)巖石試件內(nèi)部損傷小，試驗(yàn)結(jié)果更能真實(shí)反映巖體本身的力學(xué)性狀；(5)制作成功率高。
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1.一種大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝置，其特征在于：包括平行設(shè)置的的2根傳力柱(11)，所述傳力柱(11)的一端與卡緊機(jī)構(gòu)(1)相連固定，另一端與橫梁(12)相連固定，卡緊機(jī)構(gòu)(1)用于固定傳力柱(11)，在靠近卡緊機(jī)構(gòu)(1)的一端安裝切割機(jī)構(gòu)，在沿所述橫梁的長(zhǎng)度方向安裝固定2個(gè)纏線機(jī)構(gòu)；每個(gè)切割機(jī)構(gòu)包括2個(gè)定位輪(14)、2個(gè)導(dǎo)向輪(3)和1塊導(dǎo)向板(13)，定位輪(14)固定在導(dǎo)向板(13)的一端，導(dǎo)向輪(3)安裝在導(dǎo)向板(13)的齒輪凹槽內(nèi)，導(dǎo)向板(13)上安裝定位輪(14)的一端靠近卡緊機(jī)構(gòu)(1)，金剛砂線(4)卷繞在導(dǎo)向輪(3)和定位輪(14)上，帶動(dòng)金剛砂線(4)來(lái)回運(yùn)動(dòng)切割巖體；所述纏線機(jī)構(gòu)用于調(diào)整金剛砂線(4)的松緊程度，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向輪(3)在導(dǎo)向板(13)上沿著齒輪凹槽滑動(dòng)，帶動(dòng)金剛砂線(4)在巖體表面運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體的切割。
2.如權(quán)利要求1所述的大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝置，其特征在于：所述卡緊機(jī)構(gòu)(1)包括卡板(7)、壓板(6)、固定板(5)、傳動(dòng)塊(10)、拉簧(16)和套孔，套孔采用鉆機(jī)設(shè)備在巖體中套取鉆孔形成，巖石試件制取裝置的中安裝有卡緊機(jī)構(gòu)(1)
3.如權(quán)利要求1所述的大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝置，其特征在于：所述橫梁(12)兩端各裝備有個(gè)纏線機(jī)構(gòu)，一邊收線的同時(shí)另一邊放線；所述纏線機(jī)構(gòu)包括纏線輪(8)、固定輪(9)、電動(dòng)液壓泵(15)。固定輪(9)固定于橫梁(12)的端頭，纏線輪(8)與固定輪(9)連接，且由電動(dòng)液壓泵(15)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，金剛砂線(4)卷繞在纏線輪(8)上。
4.一種大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取方法，其特征在于使用權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述裝置進(jìn)行，所述方法包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝置，其特征在于：包括平行設(shè)置的的2根傳力柱(11)，所述傳力柱(11)的一端與卡緊機(jī)構(gòu)(1)相連固定，另一端與橫梁(12)相連固定，卡緊機(jī)構(gòu)(1)用于固定傳力柱(11)，在靠近卡緊機(jī)構(gòu)(1)的一端安裝切割機(jī)構(gòu)，在沿所述橫梁的長(zhǎng)度方向安裝固定2個(gè)纏線機(jī)構(gòu)；每個(gè)切割機(jī)構(gòu)包括2個(gè)定位輪(14)、2個(gè)導(dǎo)向輪(3)和1塊導(dǎo)向板(13)，定位輪(14)固定在導(dǎo)向板(13)的一端，導(dǎo)向輪(3)安裝在導(dǎo)向板(13)的齒輪凹槽內(nèi)，導(dǎo)向板(13)上安裝定位輪(14)的一端靠近卡緊機(jī)構(gòu)(1)，金剛砂線(4)卷繞在導(dǎo)向輪(3)和定位輪(14)上，帶動(dòng)金剛砂線(4)來(lái)回運(yùn)動(dòng)切割巖體；所述纏線機(jī)構(gòu)用于調(diào)整金剛砂線(4)的松緊程度，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向輪(3)在導(dǎo)向板(13)上沿著齒輪凹槽滑動(dòng)，帶動(dòng)金剛砂線(4)在巖體表面運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體的切割。
2.如權(quán)利要求1所述的大尺寸巖石試件現(xiàn)場(chǎng)制取裝置，其特征在于：所述卡緊機(jī)構(gòu)(1)包括卡板(7)、壓板(6)、固定板(5)、傳動(dòng)塊(10)、拉簧(16)和套孔，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄔愛清，肖國(guó)強(qiáng)，高濟(jì)明，胡偉，付敬，范雷，盧波，劉元坤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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