CN108918210A - 一种岩石空心圆柱现场制样装置和制样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩石空心圆柱现场制样装置和制样方法，该装置包括支承架，支承架底面安装有反力柱，反力柱上安装有竖向行走马达，竖向行走马达通过水平横梁连接有旋转马达，旋转马达连接有穿过支承架中心的钻杆，钻杆下端设置有钻头；竖向行走马达和旋转马达还与钻进控制器连接。本发明在制样的同时还能进行钻进状态数据监测，为现场岩石空心圆柱试样的制作以及制样过程中的测量提供设备条件，为现场岩石空心圆柱试样扭剪试验提供可能。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种岩石空心圆柱现场制样装置，还涉及岩石空心圆柱现场制样方法。
背景技术
岩石空心圆柱试样扭剪试验是研究复杂应力路径下岩石力学性质的重要方法之一，而现场岩石空心圆柱试样试验更是研究真实现场条件下岩石力学性质的重要方法。当前，由于缺少空心圆柱岩石试样的现场制样装置和相关的试验设备，通常是将岩块取回在室内进行空心圆柱岩石样的制备，再进行相应的试验，这样的试验结果与真实岩石所处环境和力学性质测试着非常显著的差异，从而影响对工程稳定性与安全性的评价。为了解决这一问题，需要发明一种现场空心圆柱试样制样装置，为现场岩石空心圆柱试样扭剪试验的实施提供可能，以助力研究岩石复杂应力条件和路径下的力学性质，为岩体质量的评价提供参考。
发明内容
本发明的目的是提供一种岩石空心圆柱现场制样装置，为后期现场测试提供可能。
本发明的另一目的是提供一种岩石空心圆柱现场制样方法。
本发明所采用的技术方案是，一种岩石空心圆柱现场制样装置，包括支承架，支承架底面安装有反力柱，反力柱上安装有竖向行走马达，竖向行走马达通过水平横梁连接有旋转马达，旋转马达连接有穿过支承架中心的钻杆，钻杆下端设置有钻头；竖向行走马达和旋转马达还与钻进控制器连接。
进一步地，所述旋转马达与钻杆间安装钻杆旋转速度传感器和钻进压力传感器，所述传感器连接数据采集存储器。
进一步地，所述竖向行走马达与反力柱间安装钻进速度传感器，所述传感器连接数据采集存储器。
进一步地，所述支承架顶面安装配重围栏。
进一步地，所述反力柱的下端安装有吸尘罩。
进一步地，所述钻头为可更换结构。
本发明的另一个技术方案是，一种岩石空心圆柱现场制样方法，选择需进行制样的岩层，将如权利要求1所述的现场制样装置的支承架安设在岩层表面，使钻头位于岩层表面；通过钻进控制器给旋转马达加电，使旋转马达带动钻杆转动；同时通过钻进控制器给竖向行走马达加电，使竖向行走马达同步下行，待空心圆柱制样钻头钻进到设计深度后，取出现场制样装置，形成现场空心圆柱试样。
进一步地，所述钻头钻进的同时，通过旋转速度传感器、钻进压力传感器和钻进速度传感器监测钻进状态数据，并通过信号线传输到数据采集存储器中。
进一步地，所述反力柱的下端安装吸尘罩，钻头钻进的同时，通过吸尘罩吸尘。
本发明的有益效果是，本发明的装置可为现场岩石空心圆柱试样的制作以及制样过程中钻杆旋转速度、钻进压力和钻进速度的监测提供设备条件；本发明的空心圆柱岩石试样现场制样方法还能在制样的同时进行钻进状态数据监测，可以实现现场岩石空心圆柱试样试验提供试样的制作，为现场岩石空心圆柱试样扭剪试验提供可能。
附图说明
图1是本发明岩石空心圆柱试样现场制样装置的结构示意图；
图2是图1的AA剖面俯视图；
图3是图1中旋转马达与量测系统的局部放大图；
图4是本发明现场制样装置中钻头的结构示意图；
图5是本发明制备的岩石空心圆柱试样结构示意图；
图6是本发明现场制样装置旋转速度传感器典型测试曲线；
图7是本发明现场制样装置钻进压力传感器典型测试曲线；
图8是本发明现场制样装置钻进速度传感器典型测试曲线。
图中，1.支承架、2.反力柱、3.横梁、4.竖向行走马达、5.旋转马达与量测系统、6.旋转马达、7.钻进压力传感器、8.旋转速度传感器、9.钻进速度传感器、10.钻杆、11.钻杆连接器、12.吸尘罩、13.空心圆柱制样钻头、14.电源、15.数据采集存储器、16.数据传输线、17.电源线、18.钻进控制器、20.配重围栏、21.配重、22.岩层、23支承架腿。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。
本发明的岩石空心圆柱试样现场制样装置如图1、2所示，包括支承架1，支承架为四脚架，顶面为正方形，顶面正中心有一圆孔。支承架1底面圆孔两侧各安装有一个带丝反力柱2，带丝反力柱的下端安装有吸尘罩12，与通电吸尘。两个反力柱2上各安装有一个竖向行走马达4，两个竖向行走马达共同固定在一个水平横梁3上，竖向行走马达在反力柱上上下行走时，可带动横梁上下移动。横梁3中部安装有一个旋转马达6，旋转马达6与钻杆10连接，钻杆10穿过支承架中心的圆孔，其下端连接空心圆柱岩石试样钻头13。旋转马达旋转时可带动钻杆10旋转，进而带动钻头13向下钻动。如图3，旋转马达与量测系统5中，旋转马达6与钻杆10间分别安装钻杆旋转速度传感器8、钻进压力传感器7，可实现钻进过程中钻杆旋转速度、钻进压力采集；竖向行走马达4与反力柱2间安装钻进速度传感器9以实现钻进过程中钻进速度数据的监测与采集；三种传感器通过数据传输线16传输到数据采集存储器15存储，数据采集存储器15安装在支承架1一侧。
支承架另一侧安装钻进控制器18，电源线17将电源14、钻进控制器18、旋转马达6以及两竖向行走马达4相连。
支承架1顶面安装配重围栏20，配重围栏用于放置石块等配重21。
本发明的岩石空心圆柱试样现场制样装置的组装步骤如下：
(1)选择需进行制样的岩石地层22，将岩石地层22所在位置的地层表面清理，并使其大体水平，用红色油漆标示出试样制作位置，将支承架1安设在地面，并将支承架1顶板正中心竖直方向上对准试样制作位置，调整支承架使支承架1顶板大体水平。
(2)将两反力柱2固定在支承架1顶板下侧的圆孔两侧，将两竖向行走马达4分别安装在两反力柱2上，并将两竖向行走马达2用横梁3相连，调节两竖向行走马达4使横梁3水平。
(3)将钻进速度传感器9安装于竖向行走马达4与反力柱间2，并用数据传输线15将钻进速度传感器9与数据存储器15相连。
(4)在横梁3中部安装旋转马达6，再将钻杆10与旋转马达6相连，钻杆10上端穿过支承架顶板1正中心圆孔，下端安装空心圆柱制样钻头13并置于岩层22表面，若一根钻杆10长度不足可通过钻杆连接器11增加钻杆10长度。
(5)将钻杆旋转速度传感器8、钻进压力传感器7安装于钻杆10与旋转马达6之间，再将旋转速度传感器8、钻进压力传感器7通过数据传输线16与数据存储器15相连，数据存储器15安装在支承架1的右侧。
(6)电源14安放在支承架1左侧，钻进控制器18安装在支承架1与电源14放置同侧的侧面，用电源线17将电源14与钻进控制器18连接，用电源线17将钻进控制器18与旋转马达6相连、两竖向行走马达4相连。
(7)将配重围栏20安装在支承架1顶板上侧，并将配重围栏20内放置配重21。
(8)在两反力柱2的下端安装两吸尘罩12，将钻进控制器与吸尘罩连接。
组装好本发明的岩石空心圆柱试样现场制样装置后，即可在现场制作空心圆柱岩石试样，制样方法如下：
选择需进行制样的岩层22，将岩层所在位置的岩层表面清理大体水平，用红色油漆标示出试样制作位置。将现场制样装置的支承架1安设在岩层22表面，使圆孔对准试样制作位置，并使钻杆的钻头13位于岩层22表面，若一根钻杆10长度不足可通过钻杆连接器11增加钻杆长度。
接通吸尘罩开始吸尘；通过钻进控制器18给旋转马达6加电，使旋转马达6带动钻杆转动；然后渐渐通过钻进控制器18给两各竖向行走马达4加电，使竖向行走马达4同步下行；同时将旋转速度传感器8、钻进压力传感器7和钻进速度传感器9测得的数据通过信号线传输并存储到数据采集存储器中。
待空心圆柱制样钻头钻进到设计深度后，通过钻进控制器停止旋转马达6，通过竖向行走马达4同步上行并取出空心圆柱制样钻头，形成空心圆柱试样。根据试验需求，可采用不同尺寸的制样钻头制作出需要的空心圆柱试样，见图4、图5。
将数据采集存储器15所存储的制作试样过程中记录的旋转速度、钻进压力和钻进速度导出，并绘制出旋转速度、钻进压力和钻进速度随时间的变化曲线，如图6～8所示。由上述结果可看出，本发明的空心圆柱岩石试样现场制样装置能够用于空心圆柱岩石试样现场制样的制作，并且可以得到试样制作过程中钻杆旋转动速度、钻进压力和钻进速度等钻进状态数据的监测与记录。
Claims (9)
1.一种岩石空心圆柱现场制样装置，其特征在于，包括支承架，支承架底面安装有反力柱，反力柱上安装有竖向行走马达，竖向行走马达通过水平横梁连接有旋转马达，旋转马达连接有穿过支承架中心的钻杆，钻杆下端设置有钻头；竖向行走马达和旋转马达还与钻进控制器连接。
2.根据权利要求1所述的岩石空心圆柱现场制样装置，其特征在于，所述旋转马达与钻杆间安装钻杆旋转速度传感器和钻进压力传感器，所述传感器连接数据采集存储器。
3.根据权利要求1所述的岩石空心圆柱现场制样装置，其特征在于，所述竖向行走马达与反力柱间安装钻进速度传感器，所述传感器连接数据采集存储器。
4.根据权利要求1所述的岩石空心圆柱现场制样装置，其特征在于，所述支承架顶面安装配重围栏。
5.根据权利要求1所述的岩石空心圆柱现场制样装置，其特征在于，所述反力柱的下端安装有吸尘罩。
6.根据权利要求1所述的岩石空心圆柱现场制样装置，其特征在于，所述钻头为可更换结构。
7.一种岩石空心圆柱现场制样方法，其特征在于，选择需进行制样的岩层，将如权利要求1所述的现场制样装置的支承架安设在岩层表面，使钻头位于岩层表面；通过钻进控制器给旋转马达加电，使旋转马达带动钻杆转动；同时通过钻进控制器给竖向行走马达加电，使竖向行走马达同步下行，待空心圆柱制样钻头钻进到设计深度后，取出现场制样装置，形成空心圆柱试样。
8.根据权利要求7所述的岩石空心圆柱现场制样方法，其特征在于，所述钻头钻进的同时，通过旋转速度传感器、钻进压力传感器和钻进速度传感器检测制样数据，并通过信号线传输到数据采集存储器中。
9.根据权利要求7所述的岩石空心圆柱现场制样方法，其特征在于，所述反力柱的下端安装吸尘罩，钻头钻进的同时，通过吸尘罩吸尘。
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