CN103776673A - 一种真三轴岩样裂纹预制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种岩石真三轴岩样裂纹预制装置，由上、下夹体、锁紧螺栓和锁紧螺母、侧紧螺栓组成。夹体的两侧设有翼板，翼板上对称设有两对定位孔。在夹体腹面上设有贯通腹面的一条以上的预制裂缝孔，预制裂缝孔由工艺通孔和导向孔组成，导向孔为条形孔，工艺通孔位于导向孔的中心。在夹体侧面对称设有两对带有螺纹的侧紧螺孔。本发明可以通过调整夹体的尺寸，在真三轴岩样上制作预定数量、位置、尺寸和角度的裂纹，可满足不同岩样尺寸和不同裂纹预制方案的要求，便于开展岩石多裂纹扩展及其贯通破坏机制的试验研究。本发明结构简单，设计合理，使用方便，裂缝制作高效可行，特别适用于软岩真三轴岩样的裂纹预制。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩石力学试验装置，具体地说是一种岩石真三轴岩样裂纹预制装置。
背景技术
岩石是一种内含节理、裂纹、弱面及断层等的非均质各向异性和非连续的复合结构体，其破坏是通过岩石内部不连续的微裂缝的张开、闭合和扩展贯通而产生的滑移面所引起的。岩石材料中的多裂纹扩展及其贯通破坏机制是岩石断裂力学的重要研究课题。已有的研究大多数是针对圆柱形岩样的假三轴试验，而相比假三轴试验，真三轴试验使试样处于三个主应力不相等（即σ 1>σ 2>σ 3）的应力组合状态下，试验结果更能反映岩样真实的本构关系。
研究岩石材料多裂纹扩展及贯通破坏机制问题常采用两种途径：（1）模型试验，采用类岩石材料（如水泥、石膏、玻璃）与其他混合料按比例配制，掺入裂缝片、预埋金属条或聚合物薄条等，预制出含裂纹的样品来模拟岩样开展相似材料试验；（2）在制作好的真实岩样中预制宏观裂纹。模型材料虽然能较好的模拟岩石的特性，但由于岩石是非均质各向异性，使得模型材料并不能完全反映真实岩石本身的力学特性。目前，在制作好的岩样试件上制作裂纹主要有通过激光切割、在试件的侧面用钢锯制作、在圆弧形夹具（201220266140.X）上钻孔拉锯制作等。激光发热会破坏岩样的矿物成分和内部结构，且激光预制裂纹适用于厚度只有几毫米的小试件，并不适用于真三轴岩样（边长50mm，高100mm的长方体）的贯穿裂纹制作；钢锯只能从试件侧面制作裂纹，不能研究试样内部有裂纹的情况；圆弧形夹具是根据普通三轴（假三轴）试验的试样（圆柱体）要求设计的，不能满足真三轴试验的试件要求。这些都不能完全模拟岩石的实际情况。
发明内容
针对上述现有状况存在的不足，本发明提供一种真三轴岩样裂纹预制装置。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种真三轴岩样裂纹预制装置，包括两只夹体1、锁紧螺栓2、锁紧螺母3和侧紧螺栓4。每只夹体1中部为凹形槽钢状，开口端两侧分别设有翼板，两只夹体1对合中部呈方管状。
每只夹体1两侧的翼板上以中心对称分别设有两对定位孔7。夹体1中部两侧面上分别设有两对螺纹孔8。每只夹体1中部的腹面为长方形，腹面的宽度设为X，长度设为Y；所述腹面上均布设有贯通腹面的一条以上的预制裂缝孔，预制裂缝孔由工艺通孔5和导向孔6组成，导向孔6为条形孔，工艺通孔5位于导向孔6的中心，导向孔6沿长度方向的中心线与腹面上宽度X方向之间的夹角为裂缝倾角α，且α为锐角。工艺通孔5的孔径为d 。导向孔6的条形宽度为h，长度为a。
两条以上预制裂缝孔中，相邻预制裂缝孔间最近的两点距离为岩桥长度b。相邻预制裂缝孔间最近的两点连线与腹面上宽度X方向之间的夹角为岩桥倾角β。
两只夹体1对合凹口相对上下设置，设置在上方的为上夹体，下方的为下夹体，上夹体与下夹体为左右对称件。上夹体腹面上均布的预制裂缝孔与下夹体腹面上均布的预制裂缝孔通过定位孔7上下相对应，且通过锁紧螺栓2和锁紧螺母3固定连接在一起。侧紧螺栓4分别螺纹连接在上、下夹体的左右两侧面的螺纹孔8内。
所述两个以上的预制裂缝孔的位置关系由岩桥长度b和岩桥倾角β所确定。所述腹面上均布设有贯通腹面的三个预制裂缝孔。第一、二、三预制裂缝孔的裂缝倾角分别为α 1、α 2、α 3；所述第一预制裂缝孔与第二预制裂缝孔岩桥长度为b1，且岩桥倾角为β 1；所述第一预制裂缝孔与第三预制裂缝孔岩桥长度为b2，且岩桥倾角为β 2。
本发明的有益技术效果体现在下述几个方面：
1. 本发明可高效易行地在真三轴岩样的内部预制裂纹，不仅解决了以往采用激光、侧面用钢锯和圆弧形夹具对真三轴岩样制作裂纹的方法的局限性，同时还可以通过改变夹体的尺寸、夹体腹面上工艺通孔的数量、直径和位置、导向条形孔的长度、宽度和倾角，以满足不同岩样尺寸和不同裂纹预制方案的需求，便于开展岩石多裂纹扩展及其贯通破坏机制的试验研究；
2. 本发明结构简单，设计合理，使用方便，裂缝制作高效可行，特别适用于软岩真三轴岩样的裂纹预制。
附图说明
图1为本发明结构模型图。
图2为本发明上夹体示意图。
图3为本发明下夹体示意图。
图4为本发明上夹体侧面剖视图。
图5为本发明结构主视图。
图6为本发明结构俯视图。
图7为本发明预制裂缝尺寸、角度示意图。
图8为本发明结构模型使用状态立体图。
图9为本发明结构模型使用状态主视图。
图中序号，夹体 1、锁紧螺栓2、 锁紧螺母3、侧紧螺栓4、工艺通孔5、导向孔6、定位孔 7、螺纹孔8、岩样9。
下面结合附图，对本发明作进一步的描述。
参见图1、图2、图3、图5。 一种真三轴岩样裂纹预制装置，包括两只夹体1、锁紧螺栓2、锁紧螺母3和侧紧螺栓4。每只夹体1中部为凹形槽钢状，开口端两侧分别设有翼板，两只夹体1对合中部呈方管状。
参见图1、图6、图7。每只夹体1两侧的翼板上以中心对称分别设有两对定位孔7。夹体1中部两侧面上分别设有两对螺纹孔8。
每只夹体1两侧的翼板上以中心对称分别设有两对定位孔7。夹体1中部两侧面上分别设有两对螺纹孔8。每只夹体1中部的腹面为长方形，腹面的宽度设为X，长度设为Y；所述腹面上均布设有贯通腹面的一条以上的预制裂缝孔，预制裂缝孔由工艺通孔5和导向孔6组成，导向孔6为条形孔，工艺通孔5位于导向孔6的中心，导向孔6沿长度方向的中心线与腹面上宽度X方向之间的夹角为裂缝倾角α，且α为锐角。工艺通孔5的孔径为d 。导向孔6的条形宽度为h，长度为a。
两条以上预制裂缝孔中，相邻预制裂缝孔间最近的两点距离为岩桥长度b。相邻预制裂缝孔间最近的两点连线与腹面上宽度X方向之间的夹角为岩桥倾角β。
参见图1、图5。两只夹体1对合凹口相对上下设置，设置在上方的为上夹体，下方的为下夹体，上夹体与下夹体为左右对称件。上夹体腹面上均布的预制裂缝孔与下夹体腹面上均布的预制裂缝孔通过定位孔7上下相对应，且通过锁紧螺栓2和锁紧螺母3固定连接在一起。侧紧螺栓4分别螺纹连接在上、下夹体的左右两侧面的螺纹孔8内。
通过改变夹体1腹面的宽度X、长度Y尺寸，可满足不同岩样尺寸和不同裂缝预制方案的需求。
通过增减夹体1腹面的上预制裂缝孔的数量、或改变预制裂缝孔间的岩桥长度b、岩桥倾角β，或改变导向孔6条形的长度a、宽度h、导向孔6沿长度方向的中心线与腹面上宽度X方向之间的夹角为α，可达到不同裂缝预制方案的需求。
真三轴岩样预制裂纹制作的主要过程如下（参见图8、图9）：
1、将岩样9置于上夹体与下夹体之间，锁紧螺栓2穿过定位孔7，将上夹体与下夹体对接，以防滑移错位；
2、调节侧紧螺栓4，使岩样9居中并紧贴在夹体1左右两侧的侧紧螺栓4，保证夹体1和岩样9之间不会发生左右滑移；
3、接着将锁紧螺母3套在锁紧螺栓2上并拧紧，以将夹体1固定好，使岩样9紧贴在夹体1上下两侧，保证夹体1和岩样9之间不会发生上下滑移；
4、重新拧紧锁紧螺栓2和侧紧螺栓4，保证夹体1和岩样9之间不会发生任何方向上的滑移；
5、将夹体1固定在加工台面的支座上，通过带金刚石钻头的钻孔设备在上夹体的工艺通孔5位置对岩样9进行钻孔；
6、将带金刚砂的钢丝锯由上夹体的工艺通孔5进入，穿过岩样9上相对应的孔，再经下夹体的工艺通孔5引出后锁紧在锯弓上，然后沿着导向孔6来回拉动钢丝锯，在岩样9锯出预定长度和角度的裂缝。
本发明真三轴岩样裂纹预制装置，其结构简单，加工非常方便。该装置通过锁紧螺栓2、锁紧螺母3和侧紧螺栓4将岩样9紧固在夹体1上，通过夹体1腹面上预留的工艺通孔5和导向孔6在岩样9上预制裂纹。加工时，夹体1可按试验要求加工成不同的腹面尺寸（宽度X和长度Y），以满足不同岩样尺寸的需求；夹体1上的导向孔6可按试验要求加工成不同位置、角度（裂缝倾角α和岩桥倾角β）和长度（裂缝长度a和岩桥长度b）的搭接类型，以满足真三轴岩样不同裂纹预制方案的制作要求。
Claims (4)
1.一种真三轴岩样裂纹预制装置，其特征在于：包括两只夹体（1）、锁紧螺栓（2）、锁紧螺母（3）和侧紧螺栓（4）；每只夹体（1）中部为凹形槽钢状，开口端两侧分别设有翼板，两只夹体（1）对合中部呈方管状；每只夹体（1）两侧的翼板上以中心对称分别设有两对定位孔（7）；所述夹体（1）中部两侧面上分别设有两对螺纹孔（8）；每只夹体（1）中部的腹面为长方形，腹面的宽度设为X，长度设为Y；所述腹面上均布设有贯通腹面的一条以上的预制裂缝孔，预制裂缝孔由工艺通孔（5）和导向孔（6）组成，导向孔（6）为条形孔，工艺通孔（5）位于导向孔（6）的中心，导向孔（6）沿长度方向的中心线与腹面上宽度X方向之间的夹角为裂缝倾角α；工艺通孔（5）的孔径为d ；导向孔（6）的条形宽度为h，长度为a；两条以上预制裂缝孔中，相邻预制裂缝孔间最近的两点距离为岩桥长度b；相邻预制裂缝孔间最近的两点连线与腹面上宽度X方向之间的夹角为岩桥倾角β；所述两只夹体（1）对合凹口相对上下设置，设置在上方的为上夹体，下方的为下夹体，上夹体与下夹体为左右对称件；上夹体腹面上均布的预制裂缝孔与下夹体腹面上均布的预制裂缝孔通过定位孔（7）上下相对应，且通过锁紧螺栓（2）和锁紧螺母（3）固定连接在一起；所述侧紧螺栓（4）分别螺纹连接在上、下夹体的左右两侧面的螺纹孔（8）内。
2.根据权利要求1所述的一种真三轴岩样裂纹预制装置，其特征在于：两个以上的预制裂缝孔的位置关系由岩桥长度b和岩桥倾角β所确定。
3.根据权利要求1所述的一种真三轴岩样裂纹预制装置，其特征在于：所述腹面上均布设有贯通腹面的三个预制裂缝孔；所述第一、二、三预制裂缝孔的裂缝倾角分别为α 1、α 2、α 3；所述第一预制裂缝孔与第二预制裂缝孔的岩桥长度为b1，且岩桥倾角为β 1；所述第一预制裂缝孔与第三预制裂缝孔岩桥长度为b2，且岩桥倾角为β 2。
4.根据权利要求1所述的一种真三轴岩样裂纹预制装置，其特征在于：所述裂缝倾角α为锐角。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20151007 Termination date: 20200116 |