CN108562466A - 一种圆柱形岩样多角度劈裂装置及其方法 - Google Patents

一种圆柱形岩样多角度劈裂装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆柱形岩样多角度劈裂装置及其方法，该装置包括试验机构、劈裂模具、试样固定及角度控制系统；其中：所述试验机构包括反力架，反力架中设置有移动横梁，移动横梁上安装有上压头，上压头上放置有压力传感器，上压头的两侧分别安装有左位移引伸计LVDT和右位移引伸计LVDT；上压头的下方有压头套筒，压头套筒连接有劈裂压头，劈裂压头的底部设置有刃口；所述劈裂模具为一个圆柱形试样；所述试样固定及角度控制系统包括放置于刃口下方的半圆形凹槽和带刻度的圆盘，半圆形凹槽用于放置圆柱形试样，半圆形凹槽置于带刻度的圆盘上。本发明能实现对圆柱形岩样进行多角度劈裂，从而生成不同劈裂角度的试样供试验研究。

Description

一种圆柱形岩样多角度劈裂装置及其方法
技术领域
本发明涉及岩石结构面的制取技术领域，具体涉及一种圆柱形岩样多角度劈裂装置及方法。
背景技术
岩石结构面是边坡工程、坝基工程、采矿工程中普遍存在的介质，岩体内部大量不连续面影响并决定岩体的物理力学性质及水理性质。考虑到大型现场原位实验的巨大投资，目前对于裂隙岩体研究主要借助于室内实验研究。通过室内剪切试验或渗透试验来了解岩石结构面的力学、变形及渗透特性是一种行之有效的方法，但这往往需要大量的试件做不同条件下的试验，而在自然条件下很难得到数量较多的理想状态的裂隙岩样，因此采用人工压制的方法得到裂隙岩样是一种研究岩石结构面普遍采用的方法。以往研究多采用巴西劈裂的方法来制取裂隙用于试验研究，但这种方法通常只能制取竖向对心裂隙，实现多倾角裂隙难度大，并且倾角的角度不易精确控制，因此，开发出一种易操作、高精度且能够形成多倾角裂隙的劈裂装置及方法十分重要。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种圆柱形岩样多角度劈裂装置及其方法，以实现易操作、高精度且能够形成多倾角裂隙的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种圆柱形岩样多角度劈裂装置，其特征在于：包括试验机构、劈裂模具、试样固定及角度控制系统；其中：
所述试验机构包括反力架，所述反力架中设置有移动横梁，移动横梁能够在驱动装置的驱动下上下移动，移动横梁上安装有上压头，上压头上放置有压力传感器，上压头的两侧分别安装有左位移引伸计LVDT和右位移引伸计LVDT，压力传感器、左位移引伸计LVDT和右位移引伸计LVDT均通过数据线与设置于反力架外的计算机连接；上压头的下方有压头套筒，压头套筒连接有劈裂压头，劈裂压头的底部设置有刃口；
所述劈裂模具为一个圆柱形试样；
所述试样固定及角度控制系统包括放置于刃口下方的半圆形凹槽和带刻度的圆盘，半圆形凹槽用于放置圆柱形试样，半圆形凹槽放置于带刻度的圆盘上。
所述驱动装置包括相连的伺服电机和减速机，伺服电机与计算机相连，减速机依次连接有滚珠丝杆和滚珠丝杠缸，滚珠丝杠缸位于压力传感器上。
所述反力架内的两侧分别设置有左竖向导轨和右竖向导轨，移动横梁的两端分别位于左竖向导轨和右竖向导轨内，且能够相对左竖向导轨和右竖向导轨上下移动。
所述压头套筒及劈裂模具上开设有定位销孔，通过插销插入该定位销孔，使压头套筒与劈裂模具可拆卸式连接。
所述刃口的材质为热处理渗碳工具钢。
所述刃口做倒角处理。
所述半圆形凹槽上端中心处设置有指针，带刻度的圆盘上标记有刻度，并标记有多个角度标识。
所述半圆形凹槽及带刻度的圆盘的中心处均设置有螺丝孔，通过一个固定螺丝穿过该螺丝孔，将半圆形凹槽及带刻度的圆盘固定；带刻度的圆盘置于平台上。
一种圆柱形岩样多角度劈裂方法，包括以下步骤：
在劈裂过程中，圆柱形试样置于半圆形凹槽内，将半圆形凹槽上端中心处指针指到带刻度的圆盘的预先设置的劈裂角度相对应的刻度位置处，把固定螺丝旋进螺丝孔将半圆形凹槽与带刻度的圆盘固定；
通过计算机控制伺服电机和减速机运转带动移动横梁沿左竖向导轨和右竖向导轨移动使劈裂压头与圆柱形试样接触并持续施加压力直至圆柱形试样劈裂；
通过压力传感器与左位移引伸计LVDT、右位移引伸计LVDT实时记录压力及位移，并自动保存至计算机。
所述劈裂角度包括0度，15度，30度，45度，60度，75度，90度。
有益效果：本发明的圆柱形岩样多角度劈裂装置及方法，能实现对圆柱形岩样进行多角度劈裂，从而生成不同劈裂角度的试样供试验研究。本发明具有易操作、高精度的优点，且能够形成多倾角裂隙的劈裂。
附图说明
图1是本发明的一种圆柱形岩样多角度劈裂装置示意图；
图2a-图2c是劈裂压头的三视图；其中，图2a是正视图，图2b是左视图，图2c是仰视图；
图3是刃口的放大图；
图4是试样固定及角度控制系统的结构示意图；
图5是本发明的几种劈裂角度的示意图；
图中：1-反力架，2-伺服电机，3-减速机，4-滚珠丝杠，5-滚珠丝杠缸，6-压力传感器，7-左位移引伸计LVDT，8-右位移引伸计LVDT，9-上压头，10-移动横梁，11-劈裂压头，12-定位销孔，13-刃口，14-压头套筒，15-半圆形凹槽，16-带刻度的圆盘，17-平台，18-左竖向导轨，19-右竖向导轨，20-圆柱形试样，21-计算机，22-指针，23-刻度，24-角度标识，25-螺丝孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种圆柱形岩样多角度劈裂装置，包括试验机构、劈裂模具、试样固定及角度控制系统；其中：
试验机构包括反力架1，反力架1中设置有移动横梁10，移动横梁10能够在驱动装置的驱动下上下移动，移动横梁10上安装有上压头9，上压头9上放置有压力传感器6，上压头9的两侧分别安装有左位移引伸计LVDT7和右位移引伸计LVDT8，压力传感器6、左位移引伸计LVDT7和右位移引伸计LVDT8均通过数据线与设置于反力架1外的计算机21连接；上压头9的下方有压头套筒14，压头套筒14连接有劈裂压头11，劈裂压头11的底部设置有刃口13，如图2a-图2c；驱动装置包括相连的伺服电机2和减速机3，伺服电机2与计算机21相连，减速机3依次连接有滚珠丝杆4和滚珠丝杠缸5，滚珠丝杠缸5位于压力传感器6上；反力架1内的两侧分别设置有左竖向导轨18和右竖向导轨19，移动横梁10的两端分别位于左竖向导轨18和右竖向导轨19内，且能够相对左竖向导轨18和右竖向导轨19上下移动；
劈裂模具为一个圆柱形试样20；
试样固定及角度控制系统包括放置于刃口13下方的半圆形凹槽15和带刻度的圆盘16，半圆形凹槽15用于放置圆柱形试样20，如图4所示，半圆形凹槽15上端中心处设置有指针22，带刻度的圆盘16上标记有刻度23，并标记有多个角度标识24，刻度23用来表示角度，最小刻度为5度；半圆形凹槽15及带刻度的圆盘16的中心处均设置有螺丝孔25，通过一个固定螺丝穿过该螺丝孔25，将半圆形凹槽15及带刻度的圆盘16固定；带刻度的圆盘16置于平台17上。其中，半圆形凹槽15内的凹槽的纵截面为半圆形，该半圆形的直径为52mm。
优选的，压头套筒14及劈裂模具11上开设有定位销孔12，通过插销插入该定位销孔12，使压头套筒14与劈裂模具11可拆卸式连接，拆卸方便，操作简单。
刃口13的材质为热处理渗碳工具钢，如T10，具有硬度高且不易变形的特点。
刃口13做倒角处理，如图3所示；既能保障集中应力的产生又能延长刃口的使用寿命。优选的，刃口13端部0.15mm做倒角处理。
一种圆柱形岩样多角度劈裂方法，包括以下步骤：
在劈裂过程中，圆柱形试样20置于半圆形凹槽15内，将半圆形凹槽15上端中心处指针22指到带刻度的圆盘16的0度处，把固定螺丝旋进螺丝孔25将半圆形凹槽15与带刻度的圆盘16固定；
通过计算机21控制伺服电机2和减速机3运转带动移动横梁10沿左竖向导轨18和右竖向导轨19移动使劈裂压头11与圆柱形试样20接触并持续施加压力直至圆柱形试样20劈裂；
通过压力传感器6与左位移引伸计LVDT7、右位移引伸计LVDT8实时记录压力及位移，并自动保存至计算机21。
采用同样的方法，如图5所示，分别将半圆形凹槽15上端中心处指针22指到带刻度的圆盘16的15度，30度，45度，60度，75度，90度处，得到多个劈裂角度的试验数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种圆柱形岩样多角度劈裂装置，其特征在于：包括试验机构、劈裂模具、试样固定及角度控制系统；其中：
所述试验机构包括反力架(1)，所述反力架(1)中设置有移动横梁(10)，移动横梁(10)能够在驱动装置的驱动下上下移动，移动横梁(10)上安装有上压头(9)，上压头(9)上放置有压力传感器(6)，上压头(9)的两侧分别安装有左位移引伸计LVDT(7)和右位移引伸计LVDT(8)，压力传感器(6)、左位移引伸计LVDT(7)和右位移引伸计LVDT(8)均通过数据线与设置于反力架(1)外的计算机(21)连接；上压头(9)的下方有压头套筒(14)，压头套筒(14)连接有劈裂压头(11)，劈裂压头(11)的底部设置有刃口(13)；
所述劈裂模具为一个圆柱形试样(20)；
所述试样固定及角度控制系统包括放置于刃口(13)下方的半圆形凹槽(15)和带刻度的圆盘(16)，半圆形凹槽(15)用于放置圆柱形试样(20)，半圆形凹槽(15)放置于带刻度的圆盘(16)上。
2.根据权利要求1所述的圆柱形岩样多角度劈裂装置，其特征在于：所述驱动装置包括相连的伺服电机(2)和减速机(3)，伺服电机(2)与计算机相连，减速机(3)依次连接有滚珠丝杆(4)和滚珠丝杠缸(5)，滚珠丝杠缸(5)位于压力传感器(6)上。
3.根据权利要求1所述的圆柱形岩样多角度劈裂装置，其特征在于：所述反力架(1)内的两侧分别设置有左竖向导轨(18)和右竖向导轨(19)，移动横梁(10)的两端分别位于左竖向导轨(18)和右竖向导轨(19)内，且能够相对左竖向导轨(18)和右竖向导轨(19)上下移动。
4.根据权利要求1所述的圆柱形岩样多角度劈裂装置，其特征在于：所述压头套筒(14)及劈裂模具(11)上开设有定位销孔(12)，通过插销插入该定位销孔(12)，使压头套筒(14)与劈裂模具(11)可拆卸式连接。
5.根据权利要求1所述的圆柱形岩样多角度劈裂装置，其特征在于：所述刃口(13)的材质为热处理渗碳工具钢。
6.根据权利要求1所述的圆柱形岩样多角度劈裂装置，其特征在于：所述刃口(13)做倒角处理。
7.根据权利要求1所述的圆柱形岩样多角度劈裂装置，其特征在于：所述半圆形凹槽(15)上端中心处设置有指针(22)，带刻度的圆盘(16)上标记有刻度(23)，并标记有多个角度标识(24)。
8.根据权利要求1或7所述的圆柱形岩样多角度劈裂装置，其特征在于：所述半圆形凹槽(15)及带刻度的圆盘(16)的中心处均设置有螺丝孔(25)，通过一个固定螺丝穿过该螺丝孔(25)，将半圆形凹槽(15)及带刻度的圆盘(16)固定；带刻度的圆盘(16)置于平台(17)上。
9.一种圆柱形岩样多角度劈裂方法，其特征在于：包括以下步骤：
在劈裂过程中，圆柱形试样(20)置于半圆形凹槽(15)内，将半圆形凹槽(15)上端中心处指针(22)指到带刻度的圆盘(16)的预先设置的劈裂角度相对应的刻度位置处，把固定螺丝旋进螺丝孔(25)将半圆形凹槽(15)与带刻度的圆盘(16)固定；
通过计算机(21)控制伺服电机(2)和减速机(3)运转带动移动横梁(10)沿左竖向导轨(18)和右竖向导轨(19)移动使劈裂压头(11)与圆柱形试样(20)接触并持续施加压力直至圆柱形试样(20)劈裂；
通过压力传感器(6)与左位移引伸计LVDT(7)、右位移引伸计LVDT(8)实时记录压力及位移，并自动保存至计算机(21)。
10.根据权利要求9所述的圆柱形岩样多角度劈裂方法，其特征在于：所述劈裂角度包括0度，15度，30度，45度，60度，75度，90度。
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