CN106680021B

CN106680021B - 一种岩石试验用岩芯预制节理切割机

Info

Publication number: CN106680021B
Application number: CN201710016736.1A
Authority: CN
Inventors: 孙启超; 蔡燕燕; 陈旭; 涂兵雄; 刘士雨
Original assignee: Huaqiao University
Current assignee: Huaqiao University
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2023-03-03
Anticipated expiration: 2037-01-10
Also published as: CN106680021A

Abstract

本发明涉及一种岩石试验用岩芯预制节理切割机,包括机架、设置在机架上的工作台、切刀以及传动机构，还包括支撑承台，支撑承台以可沿工作台长度移动的方式设置在工作台上，在工作台上设有沿工作台的长度方向对应设置的进深刻度尺，支撑承台上设有圆刻度盘，还包括可转动地设置在支撑承台上的夹具轨道，夹具轨道上设有可沿夹具轨道的长度方向移动调整的第一夹具和第二夹具，第一夹具与第二夹具之间形成用以夹持岩样的夹持空间。本发明能够满足岩石力学试验对于带预制裂纹岩石制备的要求，最大的特色在于能够同时满足预制裂纹的不同角度、长度以及位置等要求，其结构简单、使用方便，便于推广到室内岩石力学试验岩样制备领域。

Description

一种岩石试验用岩芯预制节理切割机

技术领域

本发明涉及一种岩石试验用岩芯预制节理切割机，属岩石力学试验技术领域。

背景技术

岩石作为地壳分布最为广泛的天然材料，与采矿、水利、隧道、管廊等工程密切相关。岩石本身具有的非均质性、各向异性给岩体工程研究带来了极大的困难，尽管经典力学推导了诸多的理论公式与本构关系，但是面对构造复杂的岩石以及多变的工程岩体材料仍显得无能为力。仅仅依靠理论化的计算模型很难准确计算出岩石的力学参数，其计算结果往往与实际有很大差别，因此岩石力学试验得到了迅速推广和发展。

岩石之所以会发生非线性变形，原因就在于岩石内部带有天然微裂隙、节理或断层，这些都会造成岩石在加载过程中出现微裂隙破裂，微裂隙破裂逐渐扩展发育成宏观裂纹，最终贯通形成整体破坏面。带节理裂隙岩体广泛分布于地下岩层当中，其研究具有广泛性，另外裂隙对岩石的变形、强度以及破坏情况具有极其重要的影响，因此，研究带节理岩体的变形破坏过程有着深刻的意义。

随着我国基础建设的大力推进，隧道开挖、地铁修建、支护边坡、矿山开采、水利枢纽、地下管廊等工程建设都离不开对于破碎岩体的学术研究和工程处理，因此，研究带节理岩石在各种复杂条件作用下的力学性质和破碎特性，深入了解带节理岩石的破坏机理以及破坏过程当中裂纹发育真实状况，能够更科学、更有效地指导岩体工程实践。不少学者对带节理岩石做了大量研究，尤其是考虑预制裂纹长度、角度、位置对岩石的力学参数和变形特性影响的研究方面，但绝大多数集中在数值模拟方面，而试验相对较少，原因在于试验过程中带节理岩样制备较为复杂，成本较高，绝大多数制作带角度裂隙岩样的方法仅限于人工手持操作，这样带来了几个显著问题：(1)人工手持岩样进行有角度切割存在极大的安全隐患；(2)人工操作容易产生角度、长度和位置偏差，影响试验效果；(3)人工操作对岩石切割进速不易控制，过快容易导致刀片屈曲，既破坏岩样，又带来不安全因素。基于以上问题给试验带来了极大的困难，以往常规岩石切割机难以实现。

目前，带节理裂隙岩样制备方面的相关专利如：

CN201520379930公开了一种制作软岩组合节理的夹具，通过在套筒侧壁上不同位置预设导槽，在试样中与之平面节理。

CN201520031467.2公开了一种连续节理模块模具箱，通过模具的上盖以及钢板制成的盖盘和相应插板在试样中预制特定的平面接力与裂隙。

CN201420047107.7公开了一种制备预制有三维裂隙高脆性透明类岩石材料试件的模具，采用厚度为0.12mm的云母片进行平直节理面的预制。

CN201220173136.9公开了一种制作不同角度全贯穿裂隙类岩石材料标准试件的模具，通过在模具上设置导滑槽并利用薄钢片对试样预制不同角度的裂隙。

CN200910013928.2公开了一种用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法，利用聚醋薄膜、牛皮纸或金属薄片对试样的裂隙进行制作。

以上专利主要利用模具和裂隙片在相似材料试样(类岩石)内预制节理裂隙，但是对于专门制备带节理裂隙真实岩样的切割机设备几乎没有，尤其是对同时满足真实岩样节理裂隙的角度、长度以及位置精度要求的岩石切割机更是少之又少。

鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简易、能够满足真实岩样节理裂隙的角度、长度以及位置精度要求的岩石切割机。

为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

一种岩石试验用岩芯预制节理切割机,包括机架、设置在机架上的工作台、设置在工作台上的切刀以及用带动切刀转动和移动的传动机构，还包括支撑承台，支撑承台以可沿工作台长度或者宽度方向移动的方式设置在工作台上，在工作台上设有沿工作台的长度或者宽度方向对应设置的进深刻度尺，支撑承台上设有圆刻度盘，还包括可转动地设置在支撑承台上的夹具轨道，夹具轨道上设有可沿夹具轨道的长度方向移动调整的第一夹具和第二夹具，第一夹具与第二夹具之间形成用以夹持岩样的夹持空间。

作为本发明的一种优选方式，所述支撑承台为圆形承台，在所述支撑承台的周沿设有环形凸缘，环形凸缘上设有沿环状凸缘周向设置的条形槽，条形槽从环状凸缘的外壁贯穿至内壁，所述第一夹具上固定有第一调节螺杆，第一调节螺杆从条形槽的内侧贯穿至外侧并在外侧配设有第一紧固螺母。

作为本发明的一种优选方式，所述第一夹具靠近所述第二夹具的一侧设有活动块，在所述第一夹具上设有第二调节螺杆，第二调节螺杆的一端固定在活动块上，另一端从所述第一夹具的内侧贯穿至外侧并在外侧配设有第二紧固螺母。

作为本发明的一种优选方式，所述夹具轨道上设有沿所述夹具轨道长度方向设置的滑槽，所述第一夹具上设有可在滑槽中滑动的第一滑块，所述第二夹具上设有可在滑槽中滑动的第二滑块，还包括用以实现所述第二夹具定位的定位机构，定位机构包括第一调整槽、第二调整槽、可滑动地配设在第一调整槽中的第一螺栓、可滑动地配设在第二调整槽中的第二螺栓、配设在第一螺栓上的第一调整螺母以及配设在第二螺栓上的第二调整螺母，第一调整槽和第二调整槽分设在滑槽的两侧且沿滑槽的长度方向开设，第一调整槽和第二调整槽均与滑槽连通，第一螺栓和第二螺栓均连接在所述第二滑块上。

作为本发明的一种优选方式，所述支撑承台上设有环形滑槽，所述夹具轨道上设有可在环形滑槽中滑动的第三滑块，环形滑槽与所述支撑承台同心设置。

作为本发明的一种优选方式，所述圆形承台包括对称设置的第一半圆台和第二半圆台，第一半圆台与第二半圆台之间形成供所述切刀穿过的切刀槽，所述夹具轨道包括第一夹具轨道段和第二夹具轨道段，第一夹具轨道段与第二夹具轨道段之间形成供所述切刀穿过的空间，第一夹具轨道段与第二夹具轨道段通过U形连接件连接在一起。

作为本发明的一种优选方式，所述第一半圆台的下端设有第一滚轮组，所述第二半圆台的下端设有第二滚轮组，所述工作台对应第一滚轮组设有第一滚轮槽，所述工作台上对应第二滚轮组设有第二滚轮槽，在第一滚轮槽中配合有多个用以实现所述第一半圆台定位的第一阻尼块，第一阻尼块以可取放的方式放置在第一滚轮槽中，在第二滚轮槽中配设有多个用以实现所述第二半圆台定位的第二阻尼块，第二阻尼块以可取放的方式放置在第二滚轮槽中。

作为本发明的一种优选方式，所述传动机构包括驱动电机和丝杆电机，丝杆电机安装在所述机架上，丝杆电机的输出轴连接有沿竖直方向设置的丝杆，丝杆上配合有丝杆螺母，丝杆螺母上连接有安装块，驱动电机安装在安装块上，在所述机架上设有导向杆，安装块可转动地套设在导向杆中，所述切刀连接在驱动电机的输出轴上。

作为本发明的一种优选方式，还包括用以实现所述切刀冷却的冷却水管，冷却水管对应所述切刀设置。

作为本发明的一种优选方式，所述第一夹具上设有用以支撑所述岩样的第一支撑座，所述第二夹具上设有用以支撑岩样的第二支撑座，所述切刀为金刚石切片，直径20cm，厚度0.5mm。

采用本发明的技术方案后，能够满足岩石力学试验对于带预制裂纹岩石制备的要求，最大的特色在于能够同时满足预制裂纹的不同角度、长度以及位置等要求，摒弃以往靠人工手持操作制备带裂隙岩石的传统形式，其结构简单、使用方便，便于推广到室内岩石力学试验岩样制备领域。

附图说明

图1为发明的结构示意图；

图2为图1中A向的结构示意图；

图3为图1中B向的结构示意图(其中切刀以及传动机构未示出)；

图中：

10-机架 20-工作台

21-第一滚轮槽 22-第二滚轮槽

23-第一阻尼块 24-第二阻尼块

25-第一滚轮组 26-第二滚轮组

30-切刀 31-罩壳

32-冷却水管 33-驱动电机

34-丝杆电机 35-丝杆

36-导向杆 37-安装块

40-支撑承台 41-第一半圆台

42-第二半圆台 43-进深刻度尺

44-切刀槽 45-圆刻度盘

46-环形滑槽 47-环状凸缘

48-条形槽 50-夹具轨道

51-第一夹具轨道段 52-第二夹具轨道段

53-滑槽 54-连接件

541-第三滑块 5411-第一连接块

5412-第二连接块 61-第一夹具

611-第一滑块 612-第一支撑座

62-第二夹具 621-第二滑块

622-第一螺栓 623-第二螺栓

624-第二支撑座 70-岩样

81-第一调整螺杆 82-第一调整螺母

83-第二调整螺杆 84-第二调整螺母

85-活动块

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。

参照图1至图3，一种岩石试验用岩芯预制节理切割机,包括机架10、设置在机架10上的工作台20、设置在工作台20上的切刀30以及用带动切刀30转动和移动的传动机构。本发明还包括支撑承台40，支撑承台40以可沿工作台长度或者宽度方向移动的方式设置在工作台20上，在工作台20上设有沿工作台20的长度或者宽度方向对应设置的进深刻度尺43，通过进深刻度尺43从而改变切刀30的切割进深，实现不同长度预制裂纹岩样的制备过程。支撑承台40上设有圆刻度盘45，还包括可转动地设置在支撑承台40上的夹具轨道50，夹具轨道50对应圆盘克服45设置，通过调整夹具轨道50在圆刻度盘45的位置，实现岩样70切割角度的调整。夹具轨道50上设有可沿夹具轨道50的长度方向移动调整的第一夹具61和第二夹具62，第一夹具61与第二夹具62之间形成用以夹持岩样70的夹持空间，实现岩样70满足不同位置的切割。将岩样70放置在第一夹具61与第二夹具62之间，并定位后，对岩样70进行切割。

作为本发明的一种优选方式，所述支撑承台40为圆形承台，在所述支撑承台40的周沿设有环形凸缘47，环形凸缘47向上延伸，环形凸缘47上设有沿环状凸缘47周向设置的条形槽48，条形槽48从环状凸缘47的外壁贯穿至内壁，所述第一夹具61上固定有第一调节螺杆81，第一调节螺杆81沿圆形承台的径向设置，第一调节螺杆81从条形槽48的内侧贯穿至外侧并在外侧配设有第一紧固螺母82。条形槽48的槽高小于第一紧固螺母82的外径，通过旋动第一紧固螺母82，使得第一紧固螺母82抵靠在环状凸缘47的外侧，从而实现第一夹具61的定位，在实施例中，第一调节螺杆81为两根，两根第一调整螺杆81平行设置，每根第一调节螺杆81上均设置有第一调节螺母82。

作为本发明的一种优选方式，所述第一夹具61靠近所述第二夹具62的一侧设有活动块85，在所述第一夹具61上设有第二调节螺杆83，第二调节螺杆83的一端固定在活动块85上，另一端从所述第一夹具61的内侧贯穿至外侧并在外侧配设有第二紧固螺母84。

作为本发明的一种优选方式，所述夹具轨道50上设有沿所述夹具轨道50长度方向设置的滑槽53，所述第一夹具61上设有可在滑槽53中滑动的第一滑块611，在实施例中，滑槽53为倒“T”形滑槽，所述第二夹具62上设有可在滑槽53中滑动的第二滑块621，第一滑块611和第二滑块621均为倒“T”形滑块。本发明还包括用以实现所述第二夹具62定位的定位机构，定位机构包括第一调整槽、第二调整槽、可滑动地配设在第一调整槽中的第一螺栓622、可滑动地配设在第二调整槽中的第二螺栓623、配设在第一螺栓622上的第一调整螺母以及配设在第二螺栓623上的第二调整螺母，第一调整槽和第二调整槽分设在滑槽53的两侧且沿滑槽53的长度方向开设，第一调整槽和第二调整槽均与滑槽53连通，第一螺栓622和第二螺栓623均连接在所述第二滑块621上。第一螺栓622和第二螺栓623分设在滑槽53的两侧且均滑槽53垂直设置，第一调整槽的槽高小于第一调整螺母的外径，第二调整槽的槽高小于第二调整螺母的外径，且第一螺栓621可以在第一调整槽中滑动，第二螺栓可以在第二调整槽中滑动，需要定位时，通过拧紧第一调整螺母和第二调整螺母，使得第一调整螺母和第二调整螺母分别抵靠在夹具轨道50的两侧，实现第二滑块621的定位，从而实现第二夹具62的定位。

作为本发明的一种优选方式，所述支撑承台40上设有环形滑槽46，所述夹具轨道50上设有可在环形滑槽46中滑动的第三滑块541，第三滑块541包括设置在第一夹具轨道段51上的第一连接块5411与设置在第二夹具轨道段52的第二连接块5412，环形滑槽46与所述支撑承台40同心设置。

作为本发明的一种优选方式，所述圆形承台包括对称设置的第一半圆台41和第二半圆台42，第一半圆台41与第二半圆台42之间形成供所述切刀30穿过的切刀槽44，所述夹具轨道50包括第一夹具轨道段51和第二夹具轨道段52，第一夹具轨道段51与第二夹具轨道段52之间形成供所述切刀30穿过的空间，第一夹具轨道段51与第二夹具轨道段52通过U形连接件54连接在一起。采用这种结构，切刀30可以依次经过岩样70、第一夹具轨道段51与第二夹具轨道段52之间形成的空间以及切刀槽44，将岩样切断。在实施例中，U形连接件54设置在夹具轨道50的下方，具体可以在环形滑槽46中开设环形通槽，环形通槽贯穿至支撑承台40的下端面，U形连接件54的两自由端分别固定在第一夹具轨道段51的下端和第二夹具轨道段52的下端，且U形连接件54从环形通槽中穿过，夹具轨道50在支撑承台40上转动时，U形连接件54在环形通槽中滑动，通过设置U形连接件54实现第一夹具轨道段51和第二夹具轨道段52的同步转动，同时又能保证切刀30顺利切断岩样70。

作为本发明的一种优选方式，所述第一半圆台41的下端设有第一滚轮组25，所述第二半圆台42的下端设有第二滚轮组26，所述工作台20对应第一滚轮组25设有第一滚轮槽21，所述工作台20上对应第二滚轮组26设有第二滚轮槽22，在第一滚轮槽21中配合有多个用以实现所述第一半圆台41定位的第一阻尼块23，第一阻尼块23以可取放的方式放置在第一滚轮槽21中，在第二滚轮槽22中配设有多个用以实现所述第二半圆台42定位的第二阻尼块24，第二阻尼块24以可取放的方式放置在第二滚轮槽21中。采用这种结构，利用支撑承台40自身重量以及第一阻尼块23和第二阻尼块24在第一滚轮槽21和第二滚轮槽22产生的阻力，避免在岩样70切割过程中，支撑承台40的滑动。第一阻尼块23和第二阻尼块24可以直接采用具有一定摩擦力的弹性橡胶块，其直接卡设在第一滚轮槽21和第二滚轮槽22中，在实施例中，第一半圆台41的两侧设有两块第一阻尼块23，第二半圆台42的两侧设有两块第二阻尼块24，需要进行支撑承台40调整时，将第一阻尼块23和第二阻尼块24取出，需要定位时将第一阻尼块23和第二阻尼块24取出分别放置到第一滚轮槽21和第二滚轮槽22中。

作为本发明的一种优选方式，所述传动机构包括驱动电机33和丝杆电机34，丝杆电机34安装在所述机架10上，丝杆电机34的输出轴连接有沿竖直方向设置的丝杆35，丝杆35上配合有丝杆螺母，丝杆螺母上连接有安装块37，驱动电机34安装在安装块37上，在所述机架10上设有导向杆36，安装块37可转动地套设在导向杆36中，在实施例中，导向杆36为两根，所述切刀30连接在驱动电机33的输出轴上。采用这种结构，通过丝杆电机34带动驱动电机33上下移动，通过驱动电机33带动切刀30转动，实现岩样70的切割。

作为本发明的一种优选方式，还包括用以实现所述切刀30冷却的冷却水管32，冷却水管32对应所述切刀30设置，在切刀30外对应设有罩壳31，冷却水管32安装在罩壳31上。通过冷却水管32实现切刀30的冷却，同时实现对岩样70的清洗，在实施例中，冷却水管32主要以自来水供水形式冷却，采用塑性软管。作为本发明的一种优选方式，所述第一夹具61上设有用以支撑所述岩样70的第一支撑座612，第一支撑座612朝向第二夹具62延伸，第二夹具62上设有用以支撑岩样70的第二支撑座624，第二支撑座624朝向第一夹具61延伸,通过第一支撑座612和第二支撑座624实现对应岩样70的夹抱。

本发明的岩石试验用岩芯预制节理切割机在原有自动岩石切割机的基础上加了圆盘承台以及进深刻度尺，同时增加了夹具轨道180°双向旋转、第一夹具61和第二夹具62平移的设计方案。机架10以多种钢材为主焊接而成，刀片为金刚石切片，规格为直径20cm，厚度0.5mm的细刀片，切刀30进给轨迹为自上而下。本发明采用顶压法固定岩样，整机采用两台电机，由控制台集中控制，驱动电机采用电磁调速电机，通过给定电位器，对电机实现宽范围无极调整。本发明以切刀30移动、支撑承台40固定的工作方式进行工作，与传统岩石切割机相比，其能够满足真实岩样节理裂隙的角度、长度以及位置精度要求。

本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims

1.一种岩石试验用岩芯预制节理切割机,包括机架、设置在机架上的工作台、设置在工作台上的切刀以及用于带动切刀转动和移动的传动机构，其特征在于：还包括支撑承台，支撑承台以可沿工作台长度或者宽度方向移动的方式设置在工作台上，在工作台上设有沿工作台的长度或者宽度方向对应设置的进深刻度尺，支撑承台上设有圆刻度盘，还包括可转动地设置在支撑承台上的夹具轨道，夹具轨道上设有可沿夹具轨道的长度方向移动调整的第一夹具和第二夹具，第一夹具与第二夹具之间形成用以夹持岩样的夹持空间，所述支撑承台为圆形承台，在所述支撑承台的周沿设有环形凸缘，环形凸缘上设有沿环状凸缘周向设置的条形槽，条形槽从环状凸缘的外壁贯穿至内壁，所述第一夹具上固定有第一调节螺杆，第一调节螺杆从条形槽的内侧贯穿至外侧并在外侧配设有第一紧固螺母，所述第一夹具靠近所述第二夹具的一侧设有活动块，在所述第一夹具上设有第二调节螺杆，第二调节螺杆的一端固定在活动块上，另一端从所述第一夹具的内侧贯穿至外侧并在外侧配设有第二紧固螺母，所述夹具轨道上设有沿所述夹具轨道长度方向设置的滑槽，所述第一夹具上设有可在滑槽中滑动的第一滑块，所述第二夹具上设有可在滑槽中滑动的第二滑块，还包括用以实现所述第二夹具定位的定位机构，定位机构包括第一调整槽、第二调整槽、可滑动地配设在第一调整槽中的第一螺栓、可滑动地配设在第二调整槽中的第二螺栓、配设在第一螺栓上的第一调整螺母以及配设在第二螺栓上的第二调整螺母，第一调整槽和第二调整槽分设在滑槽的两侧且沿滑槽的长度方向开设，第一调整槽和第二调整槽均与滑槽连通，第一螺栓和第二螺栓均连接在所述第二滑块上，所述支撑承台上设有环形滑槽，所述夹具轨道上设有可在环形滑槽中滑动的第三滑块，环形滑槽与所述支撑承台同心设置，所述圆形承台包括对称设置的第一半圆台和第二半圆台，第一半圆台与第二半圆台之间形成供所述切刀穿过的切刀槽，所述夹具轨道包括第一夹具轨道段和第二夹具轨道段，第一夹具轨道段与第二夹具轨道段之间形成供所述切刀穿过的空间，第一夹具轨道段与第二夹具轨道段通过U形连接件连接在一起，所述第一半圆台的下端设有第一滚轮组，所述第二半圆台的下端设有第二滚轮组，所述工作台对应第一滚轮组设有第一滚轮槽，所述工作台上对应第二滚轮组设有第二滚轮槽，在第一滚轮槽中配合有多个用以实现所述第一半圆台定位的第一阻尼块，第一阻尼块以可取放的方式放置在第一滚轮槽中，在第二滚轮槽中配设有多个用以实现所述第二半圆台定位的第二阻尼块，第二阻尼块以可取放的方式放置在第二滚轮槽中。

2.如权利要求1所述的一种岩石试验用岩芯预制节理切割机,其特征在于：所述传动机构包括驱动电机和丝杆电机，丝杆电机安装在所述机架上，丝杆电机的输出轴连接有沿竖直方向设置的丝杆，丝杆上配合有丝杆螺母，丝杆螺母上连接有安装块，驱动电机安装在安装块上，在所述机架上设有导向杆，安装块可转动地套设在导向杆中，所述切刀连接在驱动电机的输出轴上。

3.如权利要求2所述的一种岩石试验用岩芯预制节理切割机,其特征在于：还包括用以实现所述切刀冷却的冷却水管，冷却水管对应所述切刀设置。

4.如权利要求3所述的一种岩石试验用岩芯预制节理切割机,其特征在于：所述第一夹具上设有用以支撑所述岩样的第一支撑座，所述第二夹具上设有用以支撑岩样的第二支撑座，所述切刀为金刚石切片，直径20cm，厚度0.5mm。