CN106092644B - 一种双向自由旋转岩石取芯机底座及取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向自由旋转岩石取芯机底座及取样方法，它包括旋转岩样托盘结构、球铰支座结构、活动底盘结构和底板结构。其制造简单，精度高，安全环保，操作起来方便可靠。本发明对钻样机的岩样托盘进行了改进，使钻样机的岩样托盘可以倾斜，以便于选择需要的层理岩样钻进角度，钻取不同层理倾角的岩样。同时也可以移动，方便调整岩样的位置。

Description

一种双向自由旋转岩石取芯机底座及取样方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体而言，是一种双向自由旋转岩石取芯机底座，适用于各类岩石材料的试样制备。

背景技术

自然界中，大多数的岩体内存在各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如褶皱、断层、层理、层理等，这会使得岩体表现出十分明显的各向异性特征，在工程中岩体的各向异性特性往往决定着工程施工以及工程构筑物的安全，岩体的各向异性非线性特性研究，一直是工程建设过程中待解决的技术难题，同时也是岩体力学学科发展的迫切需要。

然而限于现场试验的过于复杂以及成本较大等因素，目前的岩体各向异性实验研究多建立在室内试验的基础之上。室内试验的研究对象多采用一定尺寸的圆柱体试件进行，而圆柱体试件的制作目前主要取用天然岩体或者相似材料，而在采用相似材料制作时由于存在相似比确定的困难，以及室内条件的限制，很难准确模拟层理岩体，因此采用天然岩体钻样的做法更加符合实际，但是由于天然岩体的不规则性以及目前的岩石钻孔取样机几乎没有考虑到要钻取不同层理角度的岩样的问题，在采用天然岩体钻取批量不同角度的层理岩体试样时，存在较大的困难，至今也还没有一种很好的方法能够简单快捷的获取批量连续不同角度的层理岩体试件。

发明内容

为了克服现有的技术存在不足，本发明提供了一种可以钻取不同层理角度岩样的装置及取样方法，其制造简单，精度高，安全环保，操作起来方便可靠。本发明对钻样机的岩样托盘进行了改进，使钻样机的岩样托盘可以倾斜，以便于选择需要的层理岩样钻进角度，钻取不同层理倾角的岩样。同时也可以移动，方便调整岩样的位置。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种双向自由旋转岩石取芯机底座，它包括旋转岩样托盘结构、球铰支座结构、活动底盘结构和底板结构。

所述底板结构包括支座底板，所述支座底板通过螺栓固定在底板基础上，支座底板的上表面规定有十字交叉的导轨。

所述活动底盘结构包括活动底板固定支座，活动底板固定支座通过导轨固定在支座底板上，活动底板固定支座的顶部支撑着旋转支座固定底盘，并通过紧定螺栓和螺栓孔道对旋转支座固定底盘进行侧向固定。

所述球铰支座结构包括球铰，所述球铰中的上部球结构安装在旋转岩样托盘下端，所述球铰中的下部铰结构安装在旋转支座固定底盘上。

所述旋转岩样托盘结构包括旋转岩样托盘，所述旋转岩样托盘通过球铰安装在旋转支座固定底盘，并通过球铰调整旋转岩样托盘的倾斜角度；所述旋转岩样托盘的边缘加工有倒T型槽，所述倒T型槽内部安装有立柱，立柱通过固定螺栓固定安装在倒T型槽上，所述旋转岩样托盘的前侧和右侧各安装有一个量角器。

所述量角器上都悬挂有一个重锤；所述量角器分为内圈读数和外圈读数，当岩石放置在旋转岩样托盘上，层理度数为0度时，读取外圈读数；层理度数为90度时，读取内圈读数。

所述旋转支座固定底盘下侧装有四个滚轮。

所述球铰上安装有旋转盘，所述旋转盘另一端固定有螺杆，所述螺杆的两端支撑在轴承上，所述轴承固定在球铰底部的立柱上，螺杆与楔形块构成螺纹传动配合，楔形块安装在轨道上，所述楔形块的楔形面与球铰支座相配合，球铰支座的另一端与球铰的下端面相配合，所述球铰上加工有限位套环。

采用双向自由旋转岩石取芯机底座进行岩石取样方法，它包括以下步骤：

S1：首先移动旋转支座固定底盘，将旋转支座固定底盘通过滚轮在支座底板上移动至一个合适的位置，使钻样机的钻头大致对准旋转岩样托盘的中心位置，再将四个活动底板固定支座沿着支座底板上的导轨推入旋转支座固定底盘的四周，使活动底板固定支座上有划痕的接触面与旋转支座固定底盘的下表面完全贴合，并旋转一号旋转盘，将四个活动底板固定支座分别锁死；

S2：再将四个活动底板固定支座上的紧定螺栓分别穿过旋转支座固定底盘四周的螺栓孔道，扭紧紧定螺栓将旋转支座固定底盘与活动底板固定支座固定，旋转支座固定底盘便不可再移动。旋转旋转盘，松开球铰，使旋转岩样托盘可以自由旋转。将旋转岩样托盘调整至水平后，再旋转旋转盘，锁死球铰，使旋转岩样托盘水平固定；

S3：将需要钻取的岩样放在旋转岩样托盘上之后，沿着倒T型槽将立杆通过固定螺栓安装好，将岩样固定在旋转岩样托盘上。旋转旋转盘，松开球铰，调整旋转岩样托盘的倾斜角度，通过观察旋转岩样托盘前侧和右侧所装的量角器即可读出所切岩样的层理度数。上述的量角器上刻有内圈读数和外圈读数。当岩石放置在旋转岩样托盘上，层理度数为0度时，读取外圈读数；层理度数为90度时，读取内圈读数。待上述量角器所示读数为需要的岩样层理读数时，再旋转旋转盘，锁死球铰，使旋转岩样托盘固定。旋转岩样托盘固定完成后，即可开始钻样；

S4：当完成一个岩样的钻取之后，旋转一号旋转盘松开活动底板固定支座，并将旋转支座固定底盘四周的紧定螺栓拧松取下后，便可取下活动底板固定支座，将活动底板固定支座沿着支座底板上的导轨推出后，旋转支座固定底盘便可通过滚轮在支座底板上移动。移动旋转支座固定底盘至下一个钻样位置后，再将活动底板固定支座沿着支座底板上的导轨推入，并旋转一号旋转盘，将四个活动底板固定支座分别锁死，再将四个活动底板固定支座上的螺栓分别穿过旋转支座固定底盘四周的螺栓孔道，扭紧螺栓将旋转支座固定底盘与活动底板固定支座固定，便可进行下一个岩样的钻取。

本发明有如下有益效果：

上述的立杆用于固定岩样，通过固定螺栓和倒T型槽将岩样固定在旋转岩样托盘上。

上述的量角器上刻有内圈读数和外圈读数。当岩石放置在旋转岩样托盘上，层理度数为0度时，读取外圈读数；层理度数为90度时，读取内圈读数。

上述的球铰通过旋转旋转盘，带动楔形块移动后配合限位套环锁死。

上述的旋转支座固定底盘的四周留有螺栓孔道，活动底板固定支座通过螺栓和螺栓孔道对旋转支座固定底盘进行侧向固定。

上述的旋转支座固定底盘的下侧刻有划痕，以增大其与活动底板固定支座之间的摩擦力。

上述的旋转支座固定底盘下侧装有滚轮，可以通过滚轮来调整岩样前后左右的位置。在每一次钻样完成之后，不需要把岩样取下，只需通过滚轮将岩样移动至下一次的钻样位置即可，这样可以保证每次取样角度的稳定性。

上述的支座底板上留有导轨，活动底板固定支座通过导轨将上部结构固定在支座底板上。

上述的支座底板上留有螺栓孔，通过螺栓将整个装置固定在底板基础上。

本装置沿着各个方向均可以转动。当所钻岩样各向同性时，只需要考虑一个方向的旋转；当所钻的岩样各向异性时，需要考虑两个方向的旋转，本装置也可以轻松实现。将所钻岩样水平或者垂直放在旋转岩样托盘上后，只需要旋转0~45度，即可完成0~90度层理岩样的钻取。

本装置的主体结构简单，均采用钢材制作构件，所有构件螺栓或卡槽连接，安装、拆卸方便，适用于钻取不同层理的岩石。

本发明取得了以下的技术效果：

本发明能够通过简单的操作，利用现有的室内岩石钻孔取样机直接钻取含有不同层理角度的岩石试样，而且仪器制造简单，钻孔精度高，操作起来方便可靠。

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是本发明的正视图；

图2是本发明的右视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是旋转岩样托盘的正视图；

图5是旋转岩样托盘的俯视图；

图6是旋转支座固定底盘的正视图；

图7是旋转支座固定底盘的俯视图；

图8是支座底板的正视图；

图9是支座底板的俯视图；

图10是球铰的右视图；

图11是活动底板固定支座的右视图；

图12是轴承的正视图；

图13是图12中1-1剖面图；

图14是楔形块的正视图；

图15是图14中1-1剖面图；

图16是球铰和限位套环的俯视图；

图17是量角器图；

图18是球铰锁死状态图；

图19是球铰放松状态图；

图20是活动底板固定支座锁死状态图；

图21是活动底板固定支座放松状态图。

图22是本发明的所取不同倾角层理试样示意图，其中P代表钻孔取样机钻头推进方向，A、B、C、D、E、F和G分别代表0度、15度、30度、45度、60度、75度和90度层理倾角时试样示意图；J代表所取岩芯。

图中：旋转岩样托盘1、旋转支座固定底盘2、球铰3、限位套环4、旋转盘5、滚轮6、活动底板固定支座7、一号旋转盘8、紧定螺栓9、螺栓孔道10、导轨11、支座底板12、倒T型槽13、量角器14、螺栓15、立柱16、轴承17、楔形块18、轨道19、螺杆20、底板基础21、固定螺栓22。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-21，一种双向自由旋转岩石取芯机底座，它包括旋转岩样托盘结构、球铰支座结构、活动底盘结构和底板结构。

进一步的，所述底板结构包括支座底板12，所述支座底板12通过螺栓15固定在底板基础21上，支座底板12的上表面规定有十字交叉的导轨11。

进一步的，所述活动底盘结构包括活动底板固定支座7，活动底板固定支座7通过导轨11固定在支座底板12上，活动底板固定支座7的顶部支撑着旋转支座固定底盘2，并通过紧定螺栓9和螺栓孔道10对旋转支座固定底盘2进行侧向固定。

进一步的，所述球铰支座结构包括球铰3，所述球铰3中的上部球结构安装在旋转岩样托盘1下端，所述球铰3中的下部铰结构安装在旋转支座固定底盘2上。

进一步的，所述旋转岩样托盘结构包括旋转岩样托盘1，所述旋转岩样托盘1通过球铰3安装在旋转支座固定底盘2，并通过球铰3调整旋转岩样托盘1的倾斜角度；所述旋转岩样托盘1的边缘加工有倒T型槽13，所述倒T型槽13内部安装有立柱16，立柱16通过固定螺栓22固定安装在倒T型槽13上，所述旋转岩样托盘1的前侧和右侧各安装有一个量角器14。

进一步的，所述量角器14上都悬挂有一个重锤；所述量角器14分为内圈读数和外圈读数，当岩石放置在旋转岩样托盘1上，层理度数为0度时，读取外圈读数；层理度数为90度时，读取内圈读数。

进一步的，所述旋转支座固定底盘2下侧装有四个滚轮6。

进一步的，所述球铰3上安装有旋转盘5，所述旋转盘5另一端固定有螺杆20，所述螺杆20的两端支撑在轴承17上，所述轴承17固定在球铰3底部的立柱上，螺杆20与楔形块18构成螺纹传动配合，楔形块18安装在轨道19上，所述楔形块18的楔形面与球铰支座相配合，球铰支座的另一端与球铰3的下端面相配合，所述球铰3上加工有限位套环4。

具体钻样图式见附图22，本装置沿着各个方向均可以转动。当所钻岩样各向同性时，只需要考虑一个方向的旋转；当所钻的岩样各向异性时，需要考虑两个方向的旋转，本装置也可以轻松实现。将所钻岩样水平或者垂直放在旋转岩样托盘上后，只需要旋转0~45度，即可完成0~90度层理岩样的钻取。图22是本发明的所取不同倾角层理试样示意图，其中P代表钻孔取样机钻头推进方向，A、B、C、D、E、F和G分别代表0度、15度、30度、45度、60度、75度和90度层理倾角时试样示意图；J代表所取岩芯。

实施例2：

双向自由旋转岩石取芯机底座进行岩石取样方法，它包括以下步骤：

S1：首先移动旋转支座固定底盘2，将旋转支座固定底盘通过滚轮6在支座底板12上移动至一个合适的位置，使钻样机的钻头大致对准旋转岩样托盘1的中心位置，再将四个活动底板固定支座7沿着支座底板12上的导轨11推入旋转支座固定底盘2的四周，使活动底板固定支座7上有划痕的接触面与旋转支座固定底盘2的下表面完全贴合，并旋转一号旋转盘8，将四个活动底板固定支座7分别锁死；

S2：再将四个活动底板固定支座7上的紧定螺栓9分别穿过旋转支座固定底盘2四周的螺栓孔道10，扭紧紧定螺栓9将旋转支座固定底盘2与活动底板固定支座7固定，旋转支座固定底盘2便不可再移动。旋转旋转盘5，松开球铰3，使旋转岩样托盘1可以自由旋转。将旋转岩样托盘调整至水平后，再旋转旋转盘5，锁死球铰3，使旋转岩样托盘1水平固定；

S3：将需要钻取的岩样放在旋转岩样托盘1上之后，沿着倒T型槽13将立柱16通过固定螺栓22安装好，将岩样固定在旋转岩样托盘1上。旋转旋转盘5，松开球铰，调整旋转岩样托盘1的倾斜角度，通过观察旋转岩样托盘1前侧和右侧所装的量角器14即可读出所切岩样的层理度数。上述的量角器14上刻有内圈读数和外圈读数。当岩石放置在旋转岩样托盘上，层理度数为0度时，读取外圈读数；层理度数为90度时，读取内圈读数。待上述量角器所示读数为需要的岩样层理读数时，再旋转旋转盘5，锁死球铰，使旋转岩样托盘固定。旋转岩样托盘固定完成后，即可开始钻样；

S4：当完成一个岩样的钻取之后，旋转一号旋转盘8松开活动底板固定支座，并将旋转支座固定底盘2四周的紧定螺栓9拧松取下后，便可取下活动底板固定支座7，将活动底板固定支座7沿着支座底板上的导轨推出后，旋转支座固定底盘2便可通过滚轮在支座底板上移动。移动旋转支座固定底盘至下一个钻样位置后，再将活动底板固定支座沿着支座底板上的导轨推入，并旋转一号旋转盘8，将四个活动底板固定支座7分别锁死，再将四个活动底板固定支座上的螺栓分别穿过旋转支座固定底盘四周的螺栓孔道，扭紧螺栓将旋转支座固定底盘与活动底板固定支座固定，便可进行下一个岩样的钻取。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双向自由旋转岩石取芯机底座，它包括旋转岩样托盘结构、球铰支座结构、活动底盘结构和底板结构；

所述底板结构包括支座底板（12），所述支座底板（12）通过螺栓（15）固定在底板基础（21）上，支座底板（12）的上表面规定有十字交叉的导轨（11）；

所述活动底盘结构包括活动底板固定支座（7），所述活动底板固定支座（7）的侧壁上安装有一号旋转盘（8），活动底板固定支座（7）通过导轨（11）固定在支座底板（12）上，活动底板固定支座（7）的顶部支撑着旋转支座固定底盘（2），并通过紧定螺栓（9）和螺栓孔道（10）对旋转支座固定底盘（2）进行侧向固定；

所述球铰支座结构包括球铰（3），所述球铰（3）中的上部球结构安装在旋转岩样托盘（1）下端，所述球铰（3）中的下部铰结构安装在旋转支座固定底盘（2）上；

所述旋转岩样托盘结构包括旋转岩样托盘（1），所述旋转岩样托盘（1）通过球铰（3）安装在旋转支座固定底盘（2），并通过球铰（3）调整旋转岩样托盘（1）的倾斜角度；所述旋转岩样托盘（1）的边缘加工有倒T型槽（13），所述倒T型槽（13）内部安装有立柱（16），立柱（16）通过固定螺栓（22）固定安装在倒T型槽（13）上，所述旋转岩样托盘（1）的前侧和右侧各安装有一个量角器（14）；

所述球铰（3）上安装有旋转盘（5），所述旋转盘（5）另一端固定有螺杆（20），所述螺杆（20）的两端支撑在轴承（17）上，所述轴承（17）固定在球铰（3）底部的立柱上，螺杆（20）与楔形块（18）构成螺纹传动配合，楔形块（18）安装在轨道（19）上，所述楔形块（18）的楔形面与球铰支座相配合，球铰支座的另一端与球铰（3）的下端面相配合，所述球铰（3）上加工有限位套环（4）。

2.根据权利要求1所述一种双向自由旋转岩石取芯机底座，其特征在于：所述量角器（14）上都悬挂有一个重锤；所述量角器（14）分为内圈读数和外圈读数，当岩石放置在旋转岩样托盘（1）上，层理度数为0度时，读取外圈读数；层理度数为90度时，读取内圈读数。

3.根据权利要求1所述一种双向自由旋转岩石取芯机底座，其特征在于：所述旋转支座固定底盘（2）下侧装有四个滚轮（6）。

4.采用权利要求 1-3任意一项所述的双向自由旋转岩石取芯机底座进行岩石取样方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S1：首先移动旋转支座固定底盘（2），将旋转支座固定底盘通过滚轮（6）在支座底板（12）上移动至一个合适的位置，使钻样机的钻头大致对准旋转岩样托盘（1）的中心位置，再将四个活动底板固定支座（7）沿着支座底板（12）上的导轨（11）推入旋转支座固定底盘（2）的四周，使活动底板固定支座（7）上有划痕的接触面与旋转支座固定底盘（2）的下表面完全贴合，并旋转一号旋转盘（8），将四个活动底板固定支座（7）分别锁死；

S2：再将四个活动底板固定支座（7）上的紧定螺栓（9）分别穿过旋转支座固定底盘（2）四周的螺栓孔道（10），扭紧紧定螺栓（9）将旋转支座固定底盘（2）与活动底板固定支座（7）固定，旋转支座固定底盘（2）便不可再移动；旋转旋转盘（5），松开球铰（3），使旋转岩样托盘（1）可以自由旋转，将旋转岩样托盘调整至水平后，再旋转旋转盘（5），锁死球铰（3），使旋转岩样托盘（1）水平固定；

S3：将需要钻取的岩样放在旋转岩样托盘（1）上之后，沿着倒T型槽（13）将立柱（16）通过固定螺栓（22）安装好，将岩样固定在旋转岩样托盘（1）上，旋转旋转盘（5），松开球铰，调整旋转岩样托盘（1）的倾斜角度，通过观察旋转岩样托盘（1）前侧和右侧所装的量角器（14）即可读出所切岩样的层理度数，上述的量角器（14）上刻有内圈读数和外圈读数；当岩石放置在旋转岩样托盘上，层理度数为0度时，读取外圈读数；层理度数为90度时，读取内圈读数；待上述量角器所示读数为需要的岩样层理读数时，再旋转旋转盘（5），锁死球铰，使旋转岩样托盘固定；旋转岩样托盘固定完成后，即可开始钻样；

S4：当完成一个岩样的钻取之后，旋转一号旋转盘（8）松开活动底板固定支座，并将旋转支座固定底盘（2）四周的紧定螺栓（9）拧松取下后，便可取下活动底板固定支座（7），将活动底板固定支座（7）沿着支座底板上的导轨推出后，旋转支座固定底盘（2）便可通过滚轮在支座底板上移动；移动旋转支座固定底盘至下一个钻样位置后，再将活动底板固定支座沿着支座底板上的导轨推入，并旋转一号旋转盘（8），将四个活动底板固定支座（7）分别锁死，再将四个活动底板固定支座上的螺栓分别穿过旋转支座固定底盘四周的螺栓孔道，扭紧螺栓将旋转支座固定底盘与活动底板固定支座固定，便可进行下一个岩样的钻取。