CN105258668B - 一种岩石剪切破坏面边界描绘装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种岩石剪切破坏面边界描绘装置及方法，包括支撑筒、旋转套筒、支座，支撑筒安装在支座上，操作平台底部与支座连接，岩样位于操作平台上。旋转套筒中部固定连接一垂直杆，该垂直杆插入安装在支撑筒中的轴承上，所述支撑筒上部安装有旋转轴承，斜杆一端连接在旋转轴承上，斜杆另一端连接在旋转套筒上，所述旋转套筒内部活动安装有水平联动杆。描绘探针体连接在水平联动杆的左端，转动手柄套接在描绘探针体的转动轴承上。画笔外筒连接在水平联动杆的右端，电子画笔插入画笔外筒中并通过旋钮固定。电子画笔下方设置有电子绘图板，电子绘图板连接计算机。本发明可以解决岩石剪切面面积计算人为误差过大、操作困难等问题，实现岩石剪切破坏面程序化描绘。

Description

一种岩石剪切破坏面边界描绘装置及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其是一种岩石剪切破坏面边界描绘装置及方法。

背景技术

岩石力学试验是岩石力学的基础，是研究岩石力学与工程的重要手段之一。虽然现在科学计算和理论分析已经达到相当的高度，但岩石力学试验作为直接解决实际工程中的力学问题仍然有着不可替代的作用。随着现代岩石力学理论的飞速发展，测试各类岩体力学参数的试验仪器也应运而生，现有的岩石力学试验仪器虽然种类繁多，可以满足各种岩石力学参数的试验要求。

其中，直剪试验是一种常用的岩石和节理面抗剪强度测试方法，直剪试验相关规范和试验机要求的标准岩样一般为立方体或圆柱体，但软岩和节理岩体标准岩样的制备比较困难，很难直接切割成标准的立方体或圆柱体，一般是将现场采集回来小的岩块或者包含节理面的岩体放置在标准立方体或圆柱体模具中，如说明书附图的附图1和附图2所示，在岩块周围用高标号砂浆或者细石混凝土浇筑填充，并在剪切面位置预留切口，从而制备标准剪切试样。

采用这种方法制备的标准剪切岩样，在岩石（节理岩体等）直剪试验中，只有剪切面上被剪断的岩块（或者结构面）才是实际的有效剪切面，这个实际剪切破坏面往往是一个不规则的面，如说明书附图的附图3所示，很难直接测量。目前通常采用如下两种方法，一种是用透明纸覆于剪切面上，用笔勾画出剪切面周边的轮廓线，然后用求积仪或复制到CAD系统计算有效剪切面积；另外一种是对剪切破坏面进行拍照，然后扫描输入计算机，采用图像软件进行面积统计计算。由于剪切破坏面是一个凹凸不平的不规则形状，透明纸和岩石试样的色差、绘图纸的固定、描图和照片拍摄角度等因素的影响，这两种方法在实际描述有效剪切面的时候均存在较大的误差，而且操作不方便。

发明内容

本发明提供一种岩石剪切破坏面边界描绘装置及方法，该装置制作简单,准确性高,操作维护方便,实现了剪切面描绘程序化，描绘效率提高；该描绘方法描绘探针可随剪切面的起伏而上下伸缩，描绘探针探头采用可更换探头，可任意旋转的支架，描绘图形直接转化为数字图像，便于计算机分析计算。

本发明所采用的技术方案是：

一种岩石剪切破坏面边界描绘装置，包括支撑筒、旋转套筒、支座，支撑筒安装在支座上，操作平台底部与支座连接，岩样位于操作平台上。旋转套筒中部固定连接一垂直杆，该垂直杆插入安装在支撑筒中的轴承上，所述支撑筒上部安装有旋转轴承，斜杆一端连接在旋转轴承上，斜杆另一端连接在旋转套筒上，所述旋转套筒内部活动安装有水平联动杆。描绘探针体连接在水平联动杆的左端，转动手柄套接在描绘探针体的转动轴承上。

画笔外筒连接在水平联动杆的右端，电子画笔插入画笔外筒中并通过旋钮固定。电子画笔下方设置有电子绘图板，电子绘图板连接计算机。

所述旋转套筒内上下对称分布有多个卡槽，每一个卡槽内设有滚珠，水平联动杆与滚珠配合，水平联动杆能沿旋转套筒轴向方向运动。

所述描绘探针体通过第一固定臂固定连接在水平联动杆的左端。

所述操作平台通过第一升降支座连接在支座上。

所述电子绘图板通过第二升降支座连接在支座上。

所述描绘探针体包括探针接头、描述针头，描绘探针体设有转动轴承，描绘探针体内安装有伸缩弹簧，描绘探针体下方设置探针接头，探针接头底部固定连接描绘针头。

所述支座上设有调平旋钮、水平气泡仪。

本发明一种岩石剪切破坏面边界描绘装置及方法，技术效果如下：

1）、水平联动杆插入旋转套筒内，旋转套筒内有滚珠，以实现水平联动杆的左右自由运动。

2）、描绘探针主体包括可伸缩的描绘针头，方便描绘针头适应剪切面的起伏。

3）、旋转套筒可在平面内绕旋转轴承转动，同时水平联动杆可沿旋转套筒轴向做伸缩运动 ，两者的结合实现了支架的任意旋转。

4）、斜杆一端连接在旋转轴承上，斜杆另一端连接在旋转套筒上，斜杆可随旋转套筒的转动而转动，同时也保证旋转套筒的稳定，减少操作误差。

5）、描绘探针主体固结在水平联动杆左端，采用伸缩描绘探头，可随剪切破后面的起伏而上下伸缩，防止描绘探头在剪切面行走过程中发生卡针现象；描绘探针主体中部有一个360°旋转的转动手柄，方便操作描绘探针在剪切面上运动；描绘探针下部的操作平台可升降，以调节岩样样高度适应描绘探针高度。

6）、画笔外筒固结在水平联动杆的右端，电子画笔中部用旋钮螺钉以固定，并调节电子画笔的伸出长度。电子画笔下端直接于电子画板接触，电子绘图板通过数据线与计算机相连。底部第二升降支座可升降，以调节电子绘图板高度。

7）、本发明可以解决岩石剪切面面积计算人为误差过大、操作困难等问题，实现岩石剪切破坏面程序化描绘。

附图说明

图1为背景技术中所述岩样制备示意图一。

图2为背景技术中所述岩样制备示意图二。

图3为背景技术中所述岩样不规则剪切破坏面意图。

图4为本发明装置的结构示意图；

图5为本发明装置的描绘探针体结构示意图；

图6为本发明装置的电子绘图板与计算机连接示意图；

图7为本发明装置的旋转套筒、水平联动杆安装示意图；

图8为本发明装置的操作平台14结构示意图；

图9为本发明装置的岩样固定示意图；

图10为本发明装置的支座结构示意图。

其中：1-支撑筒、2-斜杆、3-旋转套筒、4-画笔杆、5-描绘针头、6-电子画笔、7-支座、8-画笔外筒、9-滚排、10-旋转轴承、11-第一升降支座、11’-第二升降支座、12-轴承、13-电子绘图板、14-操作平台、15-水平联动杆、16-转动手柄、17-描绘探针体、18-伸缩弹簧、19-探针接头、20-水平气泡仪、21-调平旋钮、22-支脚、23滚珠、24-夹板、26-撑杆、27-夹持弹簧、28-岩样、29-岩石剪切边界、30-拟剪切面、31-制样盒边框面、32-混凝土、33-旋钮、34-数据线、35 -USB接口、36-计算机、37-实际剪切破坏面边界、38-转动轴承、39-第一固定臂、40-第二固定臂。

具体实施方式

如图4~图10所示，一种岩石剪切破坏面边界描绘装置，包括支撑筒1、旋转套筒3、支座7，支撑筒1安装在支座7上，操作平台14底部与支座7连接，岩样28位于操作平台14上。

旋转套筒3中部固定连接一垂直杆，该垂直杆插入安装在支撑筒1中的轴承12上，所述支撑筒1上部安装有旋转轴承10，斜杆2一端连接在旋转轴承10上，斜杆2另一端连接在旋转套筒3上，所述旋转套筒3内部通过上下对称布置的滚排9，活动安装有水平联动杆15。

描绘探针体17连接在水平联动杆15的左端，转动手柄16套接在描绘探针体17的转动轴承38上。画笔外筒8连接在水平联动杆15的右端，电子画笔6插入画笔外筒8中并通过旋钮33固定。电子画笔6下方设置有电子绘图板13，电子绘图板13连接计算机36。

所述旋转套筒3内上下对称分布有三个卡槽，每一个卡槽内设有滚珠23，水平联动杆15与滚珠23配合，水平联动杆15刚好放置其中，滚珠23卡在旋转套筒3的卡槽中，当水平联动杆15沿旋转套筒3轴线方向运动时，滚珠23在卡槽中滚动以方便其轴向运动。

所述描绘探针体17通过第一固定臂39固定连接在水平联动杆15的左端。

所述操作平台14通过第一升降支座11连接在支座7上。操作平台14包括底板、夹板24、撑杆26，在底板中间部位设置一根带夹持弹簧27的套筒，左右对称，开始时刚好合拢，当需要夹岩样28时，掰开夹紧即可。

所述电子绘图板13通过第二升降支座11’连接在支座7上。

所述描绘探针体17包括探针接头19、描绘针头5，描绘探针体17设有转动轴承38，描绘探针体17内安装有伸缩弹簧18，描绘探针体17下方设置探针接头19，探针接头19底部固定连接描绘针头5。

所述支座7上设有调平旋钮21、水平气泡仪20。

一种岩石剪切破坏面边界描绘方法，描绘针头5沿着岩样28实际剪切破坏面边缘行走一圈，通过水平联动杆15的联动作用，电子画笔6在电子绘图板13绘制出实际剪切破坏面的轮廓，电子绘图板13与计算机36直接相连,将图形信号输入计算机36，生成剪切破坏面的数据文件。电子绘图板13直接将描绘出的图形直接转化为数字图像，采用AUTOCAD软件进行面积计算。

具体操作时，将直剪试验得到剪切破坏试样放置在操作平台14上并固定，调整操作平台14高度，以适应描绘探针体17的描绘针头5高度，调整电子画笔6高度并固定，握住转动手柄8，让描绘探针5沿着岩样实际剪切破坏面边缘走一圈，通过机械联动装置，电子画笔6在电子绘图板13出绘制相同图形，电子绘图板13与计算机36直接相连，将图形信号输入到计算机36，采用AUTOCAD软件进行面积计算，从而实现剪切破坏面的数字化，方便进行实际剪切破坏面的面积计算和描述分析。

Claims (9)

1.一种岩石剪切破坏面边界描绘装置，包括支撑筒（1）、旋转套筒（3）、支座（7），支撑筒（1）安装在支座（7）上，操作平台（14）底部与支座（7）连接，岩样（28）位于操作平台（14）上，其特征在于，旋转套筒（3）中部固定连接一垂直杆，该垂直杆插入安装在支撑筒（1）中的轴承（12）上，所述支撑筒（1）上部安装有旋转轴承（10），斜杆（2）一端连接在旋转轴承（10）上，斜杆（2）另一端连接在旋转套筒（3）上，所述旋转套筒（3）内部活动安装有水平联动杆（15）；描绘探针体（17）连接在水平联动杆（15）的左端，转动手柄（16）套接在描绘探针体（17）的转动轴承（38）上；画笔外筒（8）连接在水平联动杆（15）的右端，电子画笔（6）插入画笔外筒（8）中并通过旋钮（33）固定；电子画笔（6）下方设置有电子绘图板（13），电子绘图板（13）连接计算机（36）。

2.根据权利要求1所述一种岩石剪切破坏面边界描绘装置，其特征在于，所述旋转套筒（3）内上下对称分布有多个卡槽，每一个卡槽内设有滚珠（23），水平联动杆（15）与滚珠（23）配合，水平联动杆（15）能沿旋转套筒（3）轴向方向运动。

3.根据权利要求1所述一种岩石剪切破坏面边界描绘装置，其特征在于，所述描绘探针体（17）通过第一固定臂（39）固定连接在水平联动杆（15）的左端。

4.根据权利要求1所述一种岩石剪切破坏面边界描绘装置，其特征在于，所述操作平台（14）通过第一升降支座（11）连接在支座（7）上。

5.根据权利要求1所述一种岩石剪切破坏面边界描绘装置，其特征在于，所述电子绘图板（13）通过第二升降支座（11’）连接在支座（7）上。

6.根据权利要求1所述一种岩石剪切破坏面边界描绘装置，其特征在于，所述描绘探针体（17）包括探针接头（19）、描述针头（5），描绘探针体（17）设有转动轴承（38），描绘探针体（17）内安装有伸缩弹簧（18），描绘探针体（17）下方设置探针接头（19），探针接头（19）底部固定连接描绘针头（5）。

7.根据权利要求1或4或5所述一种岩石剪切破坏面边界描绘装置，其特征在于，所述支座（7）上设有调平旋钮（21）、水平气泡仪（20）。

8.采用如权利要求1~7所述任意一种岩石剪切破坏面边界描绘装置的岩石剪切破坏面边界描绘方法，其特征在于，描绘针头（5）沿着岩样（28）实际剪切破坏面边缘行走一圈，通过水平联动杆（15）的联动作用，电子画笔（6）在电子绘图板（13）绘制出实际剪切破坏面的轮廓，电子绘图板（13）与计算机（36）直接相连,将图形信号输入计算机（36），生成剪切破坏面的数据文件。

9.如权利要求8所述一种岩石剪切破坏面边界描绘方法，其特征在于，电子绘图板（13）直接将描绘出的图形直接转化为数字图像，采用AUTOCAD软件进行面积计算。