CN108762115B - 一种实现岩石节理接触状态的自动化控制装置和方法 - Google Patents

一种实现岩石节理接触状态的自动化控制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现岩石节理接触状态的自动化控制装置，包括底座，所述底座上放置岩石节理，所述支架设在底座上，所述支架的上方设有两挡板，两挡板的中间固定一水平移动导轨，所述水平电机设在水平移动导轨内，且能沿水平移动导轨在水平方向上往复运动，所述水平电机垂直连接一竖直移动导轨，所述提升电机设在竖直移动导轨内，且能沿竖直移动导轨在竖直方向上往复运动，所述水平电机和提升电机均连接数显控制箱，且所述数显控制箱分别控制水平电机和提升电机在水平方向和竖直方向上的运动姿态，所述提升电机的下端连接一夹具装置。本发明能自动化实现岩石节理的接触状态，且能精确控制岩石节理的接触状态。

Description

一种实现岩石节理接触状态的自动化控制装置和方法
技术领域
本发明属于岩土工程领域，尤其涉及一种实现岩石节理接触状态的自动化控制装置和方法。
背景技术
我国基础建设持续发展，特别是水利工程、交通工程等建设活动涉及到岩体。一般地，岩体由岩石和节理两部分组成。开挖/掘进等人类工程活动(如爆破、机械开挖等)不可避免的对原岩产生扰动，引起岩体中的薄弱环节——节理产生一定程度上的扰动，表现为两个面壁产生张开、错位、扭转等现象。若在外界营力反复扰动情况下，岩石节理则会出现系列接触状态，即从偶合状态到具有不同偶合程度的接触状态。在节理粗糙度大致相等的情况下，非偶合岩石节理的峰值剪切强度一般低于偶合岩石节理的峰值剪切强度。
目前，国内外在实验室内模拟非偶合岩石节理方面已有初步的研究，但在以下几方面还存在不足：
(1)直接采集现场的非偶合岩石节理，该方法接近工程实际情况，但对深部岩体工程而言，采集岩石节理的成本非常高昂。另外，现场的岩石节理赋存的地质环境对节理面壁存在一定的作用(如饰变等)，不利用后续的力学分析。
(2)在定量描述方法上，采用肉眼确定接触区域与节理总面积的比值。由于节理是凹凸不平的，肉眼很难“扫描定位”所有的接触区域，更难定量确定接触区域的面积。
(3)采用人工对岩石节理面壁进行错位，准确定位比较困难，且易对面壁产生损伤，耗时费力。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能精确控制岩石节理接触状态的实现岩石节理接触状态的自动化控制装置和方法。
本发明的实施例提供一种实现岩石节理接触状态的自动化控制装置，包括底座、支架、水平电机、提升电机和数显控制箱，所述底座上放置岩石节理，所述岩石节理包括岩石节理上半块和岩石节理下半块，所述支架设在底座上，所述支架的上方设有两挡板，两挡板的中间固定一水平移动导轨，所述水平电机设在水平移动导轨内，且能沿水平移动导轨在水平方向上往复运动，所述水平电机垂直连接一竖直移动导轨，所述提升电机设在竖直移动导轨内，且能沿竖直移动导轨在竖直方向上往复运动，所述水平电机和提升电机均连接数显控制箱，且所述数显控制箱分别控制水平电机和提升电机在水平方向和竖直方向上的运动姿态，所述提升电机的下端连接一夹具装置，所述夹具装置用于夹持岩石节理上半块。
进一步，所述支架包括一横板和两竖板，两竖板分别设在底座的两侧，所述横板设在两竖板的上方，所述两挡板固定在横板的上方，所述数显控制箱放置在横板上。
进一步，所述夹具装置包括一横梁和两夹板，两夹板设在横梁的两侧下方，一夹板的内侧设有一电动伸缩压头，所述电动伸缩压头连接数显控制箱。
进一步，所述提升电机的下端固接两圆柱，所述横梁的上方中间设有一短板，所述短板上开有与两圆柱相适配的圆槽，将两圆柱分别插入两圆槽中，进而实现将夹具装置连接在提升电机的下方。
一种实现岩石节理接触状态的自动化控制方法，包括以下步骤：
S1.将岩石节理放置在底座上，且位于夹具装置的下方；
S2.启动数显控制箱，并通过数显控制箱调节电动伸缩压头，使夹具装置夹持岩石节理上半块；
S3.启动提升电机，并通过数显控制箱设定提升电机的提升数值，提升电机按照设定数值控制岩石节理上半块沿竖直移动导轨向上运动；
S4.启动水平电机，并通过数显控制箱设定水平电机的运动距离和方向的数值，水平电机按照设定数值控制岩石节理上半块在水平方向上的运动姿态；
S5.岩石节理上半块在水平方向上的运动姿态达到设定数值后，提升电机控制岩石节理上半块开始沿竖直移动导轨向下运动至与岩石节理下半块接触；
S6.通过数显控制箱显示岩石节理上半块相对于初始状态时在竖直方向和水平方向的移动距离。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提升电机能够感知岩石节理上半块下降时，岩石节理上半块在接触岩石节理下半块突然出现的阻力变化，从而实现自动终止试验，精确控制岩石节理的接触状态，而且，通过数显控制箱自动化实现岩石节理的接触状态，速度快慢可以调节，省时省力。
附图说明
图1是本发明一种实现岩石节理接触状态的自动化控制装置的一示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种实现岩石节理接触状态的自动化控制装置，包括底座1、支架2、水平电机3、提升电机4和数显控制箱5。
底座1上放置岩石节理，所述岩石节理包括岩石节理上半块和岩石节理下半块，支架2设在底座1上，支架2优选位于底座1的中间，支架2包括一横板21和两竖板22，两竖板22分别设在底座1的两侧，所述横板21设在两竖板22的上方。
支架2的上方设有两挡板6，两挡板6固定在横板21的上方，两挡板6的中间固定一水平移动导轨7，所述水平电机3设在水平移动导轨7内，且能沿水平移动导轨7在水平方向上往复运动。
水平电机3垂直连接一竖直移动导轨8，所述提升电机4设在竖直移动导轨8内，且能沿竖直移动导轨8在竖直方向上往复运动。
提升电机4的下端连接一夹具装置9，所述夹具装置9用于夹持岩石节理上半块，夹具装置9包括一横梁91和两夹板92，两夹板92设在横梁91的两侧下方，一夹板92的内侧设有一电动伸缩压头10，通过调节电动伸缩压头10能使夹具装置9适用于夹持不同尺寸的岩石节理上半块。
提升电机4的下端固接两圆柱41，所述横梁91的上方中间设有一短板93，所述短板93上开有与两圆柱41相适配的圆槽(图中未示出)，将两圆柱41分别插入两圆槽中，进而实现将夹具装置9连接在提升电机4的下方。
数显控制箱5放置在横板21上，数显控制箱5连接水平电机3、提升电机4和电动伸缩压头10，数显控制箱5控制电动伸缩压头10的伸缩，同时，控制水平电机3和提升电机4在水平方向和竖直方向上的运动姿态。
一种实现岩石节理接触状态的自动化控制方法，包括以下步骤：
S1.将岩石节理放置在底座1上，且位于夹具装置9的下方；
S2.启动数显控制箱5，并通过数显控制箱5调节电动伸缩压头10，使夹具装置9夹持岩石节理上半块；
S3.启动提升电机4，并通过数显控制箱5设定提升电机4的提升数值，提升电机4按照设定数值控制岩石节理上半块沿竖直移动导轨8向上运动；
S4.启动水平电机3，并通过数显控制箱5设定水平电机3的运动距离和方向的数值，水平电机3按照设定数值控制岩石节理上半块在水平方向上的运动姿态；
S5.岩石节理上半块在水平方向上的运动姿态达到设定数值后，提升电机4控制岩石节理上半块开始沿竖直移动导轨8向下运动至与岩石节理下半块接触；
S6.通过数显控制箱5显示岩石节理上半块相对于初始状态时在竖直方向和水平方向的移动距离。
本发明中提升电机能够感知岩石节理上半块下降时，岩石节理上半块在接触岩石节理下半块突然出现的阻力变化，从而实现自动终止试验，精确控制岩石节理的接触状态，而且，通过数显控制箱自动化实现岩石节理的接触状态，速度快慢可以调节，省时省力。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种实现岩石节理接触状态的自动化控制装置，其特征在于，包括底座、支架、水平电机、提升电机和数显控制箱，所述底座上放置岩石节理，所述岩石节理包括岩石节理上半块和岩石节理下半块，所述支架设在底座上，所述支架的上方设有两挡板，两挡板的中间固定一水平移动导轨，所述水平电机设在水平移动导轨内，且能沿水平移动导轨在水平方向上往复运动，所述水平电机垂直连接一竖直移动导轨，所述提升电机设在竖直移动导轨内，且能沿竖直移动导轨在竖直方向上往复运动，所述水平电机和提升电机均连接数显控制箱，且所述数显控制箱分别控制水平电机和提升电机在水平方向和竖直方向上的运动姿态，所述提升电机的下端连接一夹具装置，所述夹具装置用于夹持岩石节理上半块；
在岩石节理上半块下降时，所述提升电机用于感知岩石节理上半块在接触岩石节理下半块受到的阻力，所述数显控制箱根据所述阻力变化控制所述提升电机终止向下移动；
所述实现岩石节理接触状态的自动化控制装置的自动化控制方法，包括以下步骤：
S1.将岩石节理放置在底座上，且位于夹具装置的下方；
S2.启动数显控制箱，并通过数显控制箱调节电动伸缩压头，使夹具装置夹持岩石节理上半块；
S3.启动提升电机，并通过数显控制箱设定提升电机的提升数值，提升电机按照设定数值控制岩石节理上半块沿竖直移动导轨向上运动；
S4.启动水平电机，并通过数显控制箱设定水平电机的运动距离和方向的数值，水平电机按照设定数值控制岩石节理上半块在水平方向上的运动姿态；
S5.岩石节理上半块在水平方向上的运动姿态达到设定数值后，提升电机控制岩石节理上半块开始沿竖直移动导轨向下运动至与岩石节理下半块接触；
S6.在岩石节理上半块下降时，提升电机用于感知岩石节理上半块在接触岩石节理下半块受到的阻力，数显控制箱根据阻力变化控制提升电机终止向下移动；
S7.通过数显控制箱显示岩石节理上半块相对于初始状态时在竖直方向和水平方向的移动距离。
2.根据权利要求1所述的实现岩石节理接触状态的自动化控制装置，其特征在于，所述支架包括一横板和两竖板，两竖板分别设在底座的两侧，所述横板设在两竖板的上方，所述两挡板固定在横板的上方，所述数显控制箱放置在横板上。
3.根据权利要求1所述的实现岩石节理接触状态的自动化控制装置，其特征在于，所述夹具装置包括一横梁和两夹板，两夹板设在横梁的两侧下方，一夹板的内侧设有一电动伸缩压头，所述电动伸缩压头连接数显控制箱。
4.根据权利要求3所述的实现岩石节理接触状态的自动化控制装置，其特征在于，所述提升电机的下端固接两圆柱，所述横梁的上方中间设有一短板，所述短板上开有与两圆柱相适配的圆槽，将两圆柱分别插入两圆槽中，进而实现将夹具装置连接在提升电机的下方。
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