CN106017368B - 一种岩石试样表面粗糙度量化装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种岩石试样表面粗糙度量化装置，包括支架平台，支架平台上安装有小车运动控制系统，小车运动控制系统上通过螺栓固定安装有测量杆，测量杆下端安装有至少一个直动式行程开关，直动式行程开关与行程开关控制系统电连接，直动式行程开关下方安装有光电门，光电门与输入计时器连接。本发明提供的一种岩石试样表面粗糙度量化装置及其应用方法，能够很好地实现对室内试验结构面表面形态数据的测量和收集，并且通过有限元软件处理计算，为岩土工程提供一定参考价值。

Description

一种岩石试样表面粗糙度量化装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及室内岩石力学试验领域，尤其是一种岩石试样表面粗糙度量化装置及其应用方法。

背景技术

随着我国大量水电工程和桥梁道路工程建设的进行，对施工开挖过程中岩质边坡稳定性提出了较高要求；同时我国也存在着大量的不稳定边坡和库岸，对这些不稳定边坡和库岸的稳定性分析是当前边坡工程研究的核心问题。目前，边坡稳定性分析研究往往采用数值模拟方法进行，而结构面参数选取直接影响着数值模拟的结果。在实际分析过程中，边坡的结构面形态一般是地质工作人员结合现场地质调查估算获取，存在一定的主观性和误差，因此很难得到准确的数值模拟结论。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种岩石试样表面粗糙度量化装置及其应用方法，能够很好地实现对室内试验结构面表面形态数据的测量和收集，并且通过有限元软件处理计算，为岩土工程提供一定参考价值。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种岩石试样表面粗糙度量化装置，包括支架平台，支架平台上安装有小车运动控制系统，小车运动控制系统上通过螺栓固定安装有测量杆，测量杆下端安装有至少一个直动式行程开关，直动式行程开关与行程开关控制系统电连接，直动式行程开关下方安装有光电门，光电门与输入计时器连接；

行程开关控制系统与输入计时器安装在测量杆上，直动式行程开关与放置在支架平台上的岩石试样相配合。

直动式行程开关中，推杆一端连接的触头与动断触点和动合触点相配合，推杆内设置有弹簧，推杆与岩石试样相配合。

支架平台由可伸缩的支脚和安装在支脚上的水平平台组成。

一种利用上述装置进行岩石试样表面粗糙度量化的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将岩石试样固定到支架平台上；

步骤2：打开行程开关控制系统，以某一恒定速率控制直动式行程开关在垂直方向上进行往复运动，直动式行程开关的推杆触碰到岩石试样表面后控制动合触点、动断触点相互切换，直动式行程开关往下运动时，经过光电门，其中光电门是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与输入计时器连接，根据直动式行程开关运行速率以及输入计时器记录时间，计算可得直动式行程开关z轴移动距离=×；

步骤3：待直动式行程开关垂直向下、往返向上运动一个周期完成时，间歇停止5秒钟；

步骤4：在停止5秒钟期间内，小车运动控制系统控制测量杆以0.5毫米/秒的速率向前运行2秒钟，重复上述步骤2，测量直动式行程开关下一个z轴移动距离；

步骤5：重复上述步骤3-4，直至完成整个岩石试样表面的测量，得到3维坐标数据（x，y，z）；

步骤6：将步骤5得到的3维坐标数据（x，y，z）通过cad 软件导入生成岩石试样3维表面形态，并通过ansys软件蒙皮技术进行有限元模型建立和计算，建立节理面的三维数值模型，从而实现岩石试样表面粗糙度的量化。

本发明提供的一种岩石试样表面粗糙度量化装置及其应用方法，有益效果如下：

1、有效地满足一定精度的结构面参数定量描述，而且能够利用可靠的结构面表面形态数据，有针对性地进行有限元模型建立和计算分析；

2、采用光电计时器、行程开关等设备实现了结构面表面形态数据的自动化测量以及保证数据的一定精度；

3、具有结构简单、易操作、自动化程度高等特点；能够实现一定精度地获取结构面表面形态，为研究岩体破坏机理和滑坡稳定性模拟计算提供数据依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置所用直动式行程开关的示意图。

具体实施方式

实施例一

一种岩石试样表面粗糙度量化装置，包括支架平台1，支架平台1上安装有小车运动控制系统2，小车运动控制系统2上通过螺栓3固定安装有测量杆13，测量杆13下端安装有至少一个直动式行程开关5，直动式行程开关5与行程开关控制系统4电连接，直动式行程开关5下方安装有光电门6，光电门6与输入计时器7连接；

行程开关控制系统4与输入计时器7安装在测量杆13上，直动式行程开关5与放置在支架平台1上的岩石试样8相配合。

直动式行程开关5中，推杆9一端连接的触头14与动断触点12和动合触点11相配合，推杆9内设置有弹簧10，推杆9与岩石试样8相配合。

支架平台1由可伸缩的支脚1-1和安装在支脚1-1上的水平平台1-2组成。

实施例二

一种利用上述装置进行岩石试样表面粗糙度量化的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将岩石试样8固定到支架平台1上；

步骤2：打开行程开关控制系统4，以某一恒定速率控制直动式行程开关5在垂直方向上进行往复运动，直动式行程开关5的推杆9触碰到岩石试样8表面后控制动合触点11、动断触点12相互切换，直动式行程开关5往下运动时，经过光电门6，其中光电门6是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与输入计时器7连接，根据直动式行程开关5运行速率以及输入计时器7记录时间，计算可得直动式行程开关5z轴移动距离=×；

步骤3：待直动式行程开关5垂直向下、往返向上运动一个周期完成时，间歇停止5秒钟；

步骤4：在停止5秒钟期间内，小车运动控制系统2控制测量杆13以0.5毫米/秒的速率向前运行2秒钟，重复上述步骤2，测量直动式行程开关5下一个z轴移动距离；

步骤5：重复上述步骤3-4，直至完成整个岩石试样8表面的测量，得到3维坐标数据（x，y，z）；

步骤6：将步骤5得到的3维坐标数据（x，y，z）通过cad 软件导入生成岩石试样3维表面形态，通过3D打印技术，在模型试验中，可以实现节理面真实模拟；并通过ansys软件蒙皮技术进行有限元模型建立和计算，建立节理面的三维数值模型，

从而实现岩石试样表面粗糙度的量化。

对边长100毫米×100毫米的岩石试样8，要求达到每1毫米网格的精度，就需要进行10000次测量。为了提高效率，可以在测量杆13上再增加9个直动式行程开关5，采用行程开关控制系统4并行控制每个直动式行程开关，并且增加每个周期间歇时间，实现先完成量测的行程开关等待未完成的行程开关。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种岩石试样表面粗糙度量化装置，包括支架平台（1），支架平台（1）上安装有小车运动控制系统（2），小车运动控制系统（2）上通过螺栓（3）固定安装有测量杆（13），其特征在于：测量杆（13）下端安装有至少一个直动式行程开关（5），直动式行程开关（5）与行程开关控制系统（4）电连接，直动式行程开关（5）下方安装有光电门（6），光电门（6）与输入计时器（7）连接；

行程开关控制系统（4）与输入计时器（7）安装在测量杆（13）上，直动式行程开关（5）与放置在支架平台（1）上的岩石试样（8）相配合。

2.根据权利要求1所述的一种岩石试样表面粗糙度量化装置，其特征在于：直动式行程开关（5）中，推杆（9）一端连接的触头（14）与动断触点（12）和动合触点（11）相配合，推杆（9）内设置有弹簧（10），推杆（9）与岩石试样（8）相配合。

3.根据权利要求1所述的一种岩石试样表面粗糙度量化装置，其特征在于：支架平台（1）由可伸缩的支脚（1-1）和安装在支脚（1-1）上的水平平台（1-2）组成。

4.一种利用上述权利要求1-3中任一项所述的装置进行岩石试样表面粗糙度量化的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1：将岩石试样（8）固定到支架平台（1）上；

步骤2：打开行程开关控制系统（4），以某一恒定速率控制直动式行程开关（5）在垂直方向上进行往复运动，直动式行程开关（5）的推杆（9）触碰到岩石试样（8）表面后控制动合触点（11）、动断触点（12）相互切换，直动式行程开关（5）往下运动时，经过光电门（6），其中光电门（6）是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与输入计时器（7）连接，根据直动式行程开关（5）运行速率以及输入计时器（7）记录时间，计算可得直动式行程开关（5）z轴移动距离=×；

步骤3：待直动式行程开关（5）垂直向下、往返向上运动一个周期完成时，间歇停止5秒钟；

步骤4：在停止5秒钟期间内，小车运动控制系统（2）控制测量杆（13）以0.5毫米/秒的速率向前运行2秒钟，重复上述步骤2，测量直动式行程开关（5）下一个z轴移动距离；

步骤5：重复上述步骤3-4，直至完成整个岩石试样（8）表面的测量，得到3维坐标数据（x，y，z）；

步骤6：将步骤5得到的3维坐标数据（x，y，z）通过cad 软件导入生成岩石试样3维表面形态，并通过ansys软件蒙皮技术进行有限元模型建立和计算，建立节理面的三维数值模型，从而实现岩石试样表面粗糙度的量化。