CN105973675A - 一种可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置及其应用方法，其特征在于包括岩样水平夹持系统、水平滑动加载系统、含滑槽底座和可控比例加载方法。本发明采用普通压力机即可完成。首先水平滑动加载系统在岩样一端施加水平预设压力，依据作用力与反作用力原理，在水平夹持系统和水平滑动加载系统共同作用下试样水平向受力均匀，消除传统劈裂试验两端受力不均影响；然后普通压力机施加垂直预设压力，待稳定后瞬间释放垂直压力，岩样由于能量突然释放沿水平夹持系统与岩样接触线劈裂形成粗糙节理；同时，根据岩性不同可以调整垂直和水平压力比例来制备相同粗糙度岩石节理。本发明装置操作简单，实用性强，可普遍用于各尺寸岩石节理的制备。

Description

一种可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置及其应用方法
技术领域
本发明涉及室内岩石试样制备装置，更具体涉及一种可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置及其应用方法，属于岩土工程技术领域。
背景技术
随着我国水电开发、深部采矿、石油天然气开采等工程建设的展开，将普遍涉及复杂地质环境下岩体的变形与稳定等复杂技术问题，这些问题的核心和基础均涉及岩体中节理面的力学特性方面的科学问题，如地下工程围岩的稳定涉及复杂边界条件下节理面的变形与强度特性。基于工程实践的需求，研究节理面在受剪条件下的变形破坏机制具有重要的现实意义。但是天然粗糙节理面的不可重复性使得在采用天然节理岩体材料开展试验时，对试验结果的解释往往变得非常复杂；采用类岩石材料时各力学与变形指标又难以精确控制，无法准确模拟现场实际情况；室内传统劈裂试验是一种制备粗糙岩石节理的有效途径，但由于普通压力机加载过程中完整岩样两端受力不均匀使得岩样劈裂难以沿着预设节理方向劈裂，且多组试样粗糙度难以保证一致。 因此，严重制约了相关力学实验的开展和设计指标的获取。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置及其应用方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置，其特征在于包括岩样水平夹持系统、水平滑动加载系统、含滑槽底座；
所述的岩样水平夹持系统，包括：连接板、支撑挡板、滑动轴承、滑动轴、楔形夹持器和岩样固定底座；支撑挡板、滑动轴承、滑动轴、楔形夹持器各有两个，连接板共有四个；连接板将支撑挡板与岩样固定底座通过螺栓进行连接；滑动轴承外径与支撑挡板上圆孔直径相匹配；滑动轴直径与滑动轴承内径相匹配；楔形夹持器方形端尺寸与滑动轴方形端尺寸相匹配，楔形夹持器楔形端与完整岩样中部位置接触，岩样将沿着接触线劈裂；岩样固定底座上设有可以调节高度的滚动轮，便于岩样固定底座的固定安装；
所述的水平滑动加载系统，包括：手动液压泵、反力板和连接反力杆；手动液压泵和反力板各有两个，连接反力杆共有四根；手动液压泵外径尺寸与反力板中圆孔直径尺寸相匹配，为岩样提供水平加载力；四根连接反力杆通过螺栓与反力板连接；反力板底部安装有滚动轮，且反力板底部距含滑槽底座有一定距离，防止反力板与含滑槽底座接触影响试验结果；连接反力杆、反力板与含滑槽底座在手动液压泵的作用下通过作用力与反作用力原理实现岩样两端受力均匀，使得岩样劈裂能够沿着预设节理方向劈裂，提高节理试样制备的成功率。
本发明装置的应用方法是：
1）将岩样水平夹持系统和水平滑动加载系统依次安置在含滑槽底座上，并在压力机上安装就位，同时将加工完整的岩样放置在岩样固定底座上，调整滑动轴的位置使得楔形夹持器与岩样水平接触，并调整手动液压泵使其加载端与滑动轴端部微接触；
2）将手动液压泵压力释放，按照预先设定压力对岩样一端施加水平方向压力，根据作用力与反作用力原理，水平夹持系统和水平滑动加载系统的共同作用保证了岩样水平夹持两个端面的受力均匀；
3）待水平向压力施加稳定后，通过压力机按照水平与垂直方向压力成一定比例来施加岩样垂直向压力；待压力施加稳定后，瞬间释放垂直向压力，岩样会由于突然能量释放而沿着楔形夹持器与岩样的接触线水平劈裂，最终形成粗糙节理。根据岩性不同可以调整两个方向压力比例，从而可以制备不同岩性相同粗糙度的岩石节理。
由于采用了以上技术方案，该可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置及其应用方法有以下优点：
1）岩样两端受力不均匀易导致岩样劈裂位置不可控，根据作用力与反作用力原理，水平滑动加载系统保证了岩样两端受力完全一致，使得岩样沿着楔形夹持器与岩样接触线（岩样中间）位置劈裂，保证了节理试样的完整性；
2）普通压力机单向压力劈裂试验难以保证多组岩石节理具有相同粗糙度，本发明垂直向压力和水平向压力按照设定比例施加，待施加稳定后垂直向压力瞬间释放，保证不同岩性岩样劈裂成相同粗糙度的岩石节理。
本发明的可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置结构合理，在普通压力机上即可完成，操作简单，实用性强，可以普遍用于不同尺寸岩石节理的制备。
本发明的原理是：
1）连接板、支撑挡板、岩样固定底座依靠螺栓组成水平夹持系统框架，滑动轴承、滑动轴与楔形夹持器组成夹持系统核心部分；楔形夹持器方形端尺寸与滑动轴方形端尺寸相匹配，楔形夹持器楔形端与完整岩样中部位置接触，保证试样将沿着接触线劈裂；
2）反力板、连接反力杆组成水平滑动加载系统核心部分，手动液压泵实现装置的水平加载；连接反力杆、反力板与含滑槽底座在手动液压泵作用下通过作用力与反作用力原理实现岩块两端受力均匀，保证了岩样加载时稳定劈裂；
3）垂直向加载在普通压力机即可完成。垂直向压力通过压力机按照水平与垂直向压力成一定比例的方式施加；待压力稳定后，瞬间释放垂直向压力，岩样会由于两个水平面能量突然释放而沿应力集中线（楔形夹持器与岩块的接触线）水平劈裂，最终形成粗糙节理。根据岩性不同可以调整两个方向压力比例，从而实现不同岩性相同粗糙度的岩石节理。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明的主体结构正视示意图；
图2为本发明的主体结构俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
结合附图1、附图2，一种可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置及其应用方法，包括岩样水平夹持系统、水平滑动加载系统、含滑槽底座。
所述的岩样水平夹持系统，包括：连接板1、支撑挡板2、滑动轴承3、滑动轴4、楔形夹持器5和岩样固定底座6；支撑挡板2、滑动轴承3、滑动轴4、楔形夹持器5各有两个，连接板1共有四个；连接板1将支撑挡板2与岩样固定底座6通过螺栓进行连接；滑动轴承3外径与支撑挡板2上圆孔直径相匹配；滑动轴4直径与滑动轴承3内径相匹配；楔形夹持器5方形端尺寸与滑动轴4方形端尺寸相匹配，楔形夹持器5楔形端与完整岩样中部位置接触，岩样将沿着接触线劈裂；岩样固定底座6上设有可以调节高度的滚动轮，便于岩样固定底座的固定安装。
所述的水平滑动加载系统，包括：手动液压泵7、反力板8和连接反力杆9；手动液压泵7和反力板8各有两个，连接反力杆9共有四根；手动液压泵7外径尺寸与反力板8中圆孔直径尺寸相匹配，为岩样提供水平加载力；四根连接反力杆9通过螺栓与反力板8连接；反力板8底部安装有滚动轮，且反力板8底部距含滑槽底座10有一定距离，防止反力板8与含滑槽底座10接触影响试验结果；连接反力杆9、反力板8与含滑槽底座10在手动液压泵7的作用下通过作用力与反作用力原理实现岩样两端受力均匀，使得岩样劈裂能够沿着预设节理方向劈裂，提高节理试样制备的成功率。
本发明装置的应用方法是：
1）将岩样水平夹持系统和水平滑动加载系统依次安置在含滑槽底座10上，并在压力机上安装就位，同时将加工完整的岩样放置在岩样固定底座6上，调整滑动轴4的位置使得楔形夹持器5与岩样水平接触，并调整手动液压泵7使液压泵加载端与滑动轴4端部微接触；
2）将手动液压泵7压力释放，按照预先设定压力对岩样一端施加水平方向压力，根据作用力与反作用力原理，水平夹持系统和水平滑动加载系统的共同作用保证了岩样水平夹持两个端面的受力均匀；
3）待水平向压力施加稳定后，通过压力机按照水平与垂直方向压力成一定比例来施加岩样垂直向压力；待压力施加稳定后，瞬间释放垂直向压力，岩样会由于突然能量释放而沿着楔形夹持器与岩块的接触线水平劈裂，最终形成粗糙节理。根据岩性不同可以调整两个方向压力比例，从而实现不同岩性相同粗糙度的岩石节理。
以上所述实施例，只是本发明较优选的具体的实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置，其特征在于包括岩样水平夹持系统、水平滑动加载系统、含滑槽底座；
所述的岩样水平夹持系统，包括：连接板、支撑挡板、滑动轴承、滑动轴、楔形夹持器和岩样固定底座；支撑挡板、滑动轴承、滑动轴、楔形夹持器各有两个，连接板共有四个；连接板将支撑挡板与岩样固定底座通过螺栓进行连接；滑动轴承外径与支撑挡板上圆孔直径相匹配；滑动轴直径与滑动轴承内径相匹配；楔形夹持器方形端尺寸与滑动轴方形端尺寸相匹配；岩样固定底座上设有可以调节高度的滚动轮，便于岩样固定底座的固定安装；
所述的水平滑动加载系统，包括：手动液压泵、反力板和连接反力杆；手动液压泵和反力板各有两个，连接反力杆共有四根；手动液压泵外径尺寸与反力板中圆孔直径尺寸相匹配；四根连接反力杆通过螺栓与反力板连接；反力板底部安装有滚动轮，且反力板底部距含滑槽底座有一定距离。
2.如权利要求1所述的可控表面粗糙度人工岩石节理制备装置应用方法，其特征在于：
第一步：将岩样水平夹持系统和水平滑动加载系统依次安置在含滑槽底座上，并在压力机上安装就位，同时将加工完整的岩样放置在岩样固定底座上，调整滑动轴的位置使得楔形夹持器与岩样水平接触，并调整手动液压泵使液压泵加载端与滑动轴端部微接触；
第二步：将手动液压泵压力释放，按照预先设定压力对岩样一端施加水平方向压力，根据作用力与反作用力原理，水平夹持系统和水平滑动加载系统的共同作用保证了岩样水平夹持两个端面的受力均匀；
第三步：待水平向压力施加稳定后，通过压力机按照水平与垂直方向压力成一定比例来施加岩样垂直向压力；待压力施加稳定后，瞬间释放垂直向压力，岩样会由于能量突然释放而沿着楔形夹持器与岩块的接触线水平劈裂，最终形成粗糙节理；根据岩性不同可以调整两个方向压力比例，从而实现不同岩性相同粗糙度的岩石节理。
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