CN205642957U - 制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，包括定位装置、固定装置、转接头和切割片；转接头安装在岩石研磨机的电动机的输出轴上，切割片安装在转接头上，定位装置安装在岩石研磨机的电磁铁上，在电磁铁上设置有定位圆柱，定位圆柱与定位装置的定位孔相配合，固定装置通过丝钉安装在定位装置的夹板上；本实用新型能够在标准岩样上预制裂缝，不仅能够精确加工出设计裂缝长度，还能精确加工出与轴向夹角在0~180°间的裂缝，通过指针对应刻度盘上的刻度，可以得出轴向夹角的度数。本实用新型加工精度高，能提高加工效率，还适于其它非标准圆柱状岩样预制裂缝的加工。

Description

制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置

技术领域

本实用新型属于加工设备技术领域，具体涉及一种制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置。

背景技术

标准岩样是测试岩石抗压强度、岩石弹性模量、泊松比等参数的重要试件。天然存在或者人工制作的与标准岩样轴向成不同角度的裂缝对岩石的抗压强度、弹性模量、泊松比的确定存在直接的影响，同时对于含有裂缝岩样的破坏规律也有着较大的影响。然而，在岩石上加工裂缝存在较大的困难，目前还缺乏在标准岩样上制作裂缝的装置。研究者采用手工切割的方法，制作裂缝的质量较差，不能满足研究的要求。因为天然岩体内部就存在很多的缺陷和裂缝，所以能精确制备与标准岩样轴向成一定角度的裂缝非常有意义。混凝土可以通过提前预埋部件来预制裂缝，对于岩石就必须实用新型一套能够精确地制作预定尺寸裂缝的装置和方法。

实用新型内容

针对上述现有技术中描述的不足，本实用新型的目的是提供一种能精准加工与标准岩样轴向成不同角度裂缝的装置。该装置能够简单方便地计算裂缝的长度，能直观确定裂缝与标准岩样轴向的角度值，提高裂缝加工的精度和效率。

为实现上述技术目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，包括定位装置、固定装置、转接头和切割片；转接头安装在岩石研磨机的电动机的输出轴上，切割片安装在转接头上，定位装置安装在岩石研磨机的电磁铁上，在电磁铁上设置有定位圆柱，定位圆柱与定位装置的定位孔相配合，固定装置通过丝钉安装在定位装置的夹板上；所述固定装置包括两个相同的平台，分别为平台Ⅰ和平台Ⅱ，平台Ⅰ的外侧设置有若干等距分布的安装孔Ⅰ，平台Ⅰ的内侧设置有定位盲孔Ⅰ，平台Ⅱ的外侧设置有若干等距分布的安装孔Ⅱ，安装孔Ⅱ与安装孔Ⅰ一一对应且孔径相等并与定位装置的夹板上的水平安装孔相对应配合；平台Ⅱ的内侧为定位盲孔Ⅱ，定位盲孔Ⅱ与定位盲孔Ⅰ相配合将待加工标准岩样的两端固定且定位盲孔Ⅰ轴向与待加工标准岩样的轴向平行。

所述定位装置为平台虎钳，包括虎钳底座、刻度盘、转盘、夹板、活动钳口和固定钳口；虎钳底座的一侧设置有定位孔，定位孔与岩石研磨机的定位圆柱对应，在虎钳底座上固定有刻度盘，刻度盘上安装有可转动的转盘，在转盘上与刻度盘的零刻度线相对应的位置安装有指针，在平台虎钳的活动钳口和固定钳口均安装有夹板，在夹板设置有若干固定安装孔和若干等距分布的用于安装固定装置的水平安装孔，水平安装孔高于平台虎钳的上端面，夹板通过固定安装孔安装在平台虎钳的活动钳口和固定钳口上。

所述安装孔Ⅰ为三个，分别为左安装孔Ⅰ、中安装孔Ⅰ和右安装孔Ⅰ；安装孔Ⅱ为三个，分别为左安装孔Ⅱ、中安装孔Ⅱ和右安装孔Ⅱ；所述水平安装孔为三个，分别为左水平安装孔、中水平安装孔和右水平安装孔；中水平安装孔位于左水平安装孔和右水平安装孔中间并左水平安装孔和右水平安装孔位于同一直线；中安装孔Ⅰ和中安装孔Ⅱ分别与对应夹板上的中水平安装孔对应，左安装孔Ⅰ和左安装孔Ⅱ分别与对应夹板的左水平安装孔对应，右安装孔Ⅰ和右安装孔Ⅱ分别与对应夹板上的右水平安装孔对应。中水平安装孔位于左水平安装孔和右水平安装孔中间保证固定装置旋转180°后仍能准确安装到定位装置上。

在刻度盘上设置导槽，转盘上与导槽相对应的位置处设置有孔，导槽内的定位丝向上穿过孔将转盘固定在刻度盘上。

所述丝钉包括丝钉帽和丝杆，所述丝杆包括第一丝杆和第二丝杆，第一丝杆的一端与丝钉帽连接，第一丝杆的另一端与第二丝杆连接，第一丝杆的直径大于安装孔Ⅰ的直径，第二丝杆***安装孔Ⅰ内并与安装孔Ⅰ紧配合；且第一丝杆靠近丝钉帽的位置加工有外螺纹。

在平台Ⅰ和平台Ⅱ的外侧分别安装有薄钢板，薄钢板上设置有与安装孔Ⅰ和安装孔Ⅱ相对应的圆孔，圆孔的直径小于第一丝杆的直径。薄钢板把丝钉传递的点力转换成面力施加在固定装置上，使固定装置受力较均匀，且提高了固定装置的承载能力。

所述转接头包括连接件和连接杆，连接件的一端设置有内螺纹孔Ⅰ，连接件的另一端与连接杆的一端连接；连接件的截面为正六边形；连接杆的另一端设置有内螺纹孔Ⅱ，切割片安装在连接杆上并通过螺栓固紧，且在连接杆上位于切割片外侧的位置处安装有铜垫片。铜垫片的使用在进行标准岩样切缝时不再需要进行记录操作杆的转动圈数，避免由于记错操作杆的转动圈数造成切割失败。

本实用新型能够在标准岩样上预制裂缝，不仅能够精确加工出设计裂缝长度，还能精确加工出与轴向夹角在0～180°间的裂缝，通过指针对应刻度盘上的刻度，可以得出轴向夹角的度数。本实用新型加工精度高，能提高加工效率，还适于其它非标准圆柱状岩样预制裂缝的加工。

附图说明

图1为本实用新型中转接头的结构示意图。

图2为本实用新型转接头的左视图。

图3为本实用新型定位装置的主视图。

图4为本实用新型定位装置的俯视图。

图5为本实用新型定位装置的左视图。

图6为本实用新型固定装置的俯视图。

图7为本实用新型固定装置的左视图。

图8为本实用新型夹板的结构示意图。

图9为本实用新型丝钉的结构示意图。

图10为本实用新型铜垫片的结构示意图。

图11为本实用新型转接头、切割片和铜垫片与岩石研磨机的装配示意图。

图12为本实用新型裂缝半长a₃求解的几何示意图。

图13为本实用新型含有与轴向成β角度裂缝的标准岩样结构示意图。

具体实施方式

如图1～图11所示，一种制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，包括定位装置、固定装置、转接头11和切割片3，转接头11安装在岩石研磨机41的电动机上，切割片3安装在转接头11上。

所述转接头11包括连接件11-1和连接杆11-2，连接件11-1的一端设置有内螺纹孔Ⅰ，连接件11-1的另一端与连接杆11-2的一端连接；连接件11-1的截面为正六边形；连接杆11-2的另一端设置有内螺纹孔Ⅱ，切割片安装在连接杆11-2上并通过螺栓13固紧，且在连接杆11-2上位于切割片外侧的位置处安装有铜垫片4。铜垫片的使用在进行标准岩样切缝时不再需要进行记录操作杆的转动圈数，避免由于人工记错操作杆的转动圈数造成切割失败。

定位装置安装在岩石研磨机41的电磁铁7上，电磁铁7上设置有定位圆柱5，定位圆柱5与定位装置的定位孔17相配合，所述定位装置为平台虎钳24，包括虎钳底座16、刻度盘18、转盘20、夹板21、活动钳口24-1和固定钳口24-2，虎钳底座16的一侧设置有定位孔17，定位孔17与岩石研磨机41的定位圆柱5对应，在虎钳底座16上固定有刻度盘18，刻度盘18上安装有可转动的转盘20。

具体地，在刻度盘18上设置有导槽，转盘20上与导槽相对应的位置处设置有孔，导槽内的定位丝20-1向上穿过孔将转盘20固定在刻度盘18上。

在转盘20上与刻度盘18的零刻度线相对应的位置安装有指针19。在平台虎钳24的活动钳口24-1和固定钳口24-2均安装有夹板21，在夹板21设置有若干固定安装孔21-1-2和若干等距分布的用于安装固定装置的水平安装孔21-1-1，水平安装孔21-1-1高于平台虎钳24的上端面，所述水平安装孔21-1-1为三个，分别为左水平安装孔29、中水平安装孔27和右水平安装孔28，中水平安装孔27位于左水平安装孔29和右水平安装孔28中间并与左水平安装孔29和右水平安装孔28位于同一直线。夹板21通过固定安装孔21-1-2安装在平台虎钳24的活动钳口24-1和固定钳口24-2上。

固定装置通过丝钉31安装在定位装置的夹板21上，所述丝钉31包括丝钉帽和丝杆，所述丝杆包括第一丝杆31-2-1和第二丝杆31-2-2，第一丝杆31-2-1的一端与丝钉帽连接，第一丝杆31-2-1的另一端与第二丝杆31-2-2连接，第一丝杆31-2-1的直径大于安装孔Ⅰ12-1-1的直径，第二丝杆31-2-2***安装孔Ⅰ12-1-1内并与安装孔Ⅰ12-1-1紧配合；且第一丝杆31-2-1靠近丝钉帽的位置加工有外螺纹。

所述固定装置包括两个相同的平台，分别为平台Ⅰ12-1和平台Ⅱ12-2，平台Ⅰ12-1的外侧设置有若干等距分布的安装孔Ⅰ12-1-1，平台Ⅰ12-1的外侧设置有定位盲孔Ⅰ12-1-2，平台Ⅱ12-2的外侧设置有若干等距分布的安装孔Ⅱ12-2-1，安装孔Ⅱ12-2-1与安装孔Ⅰ12-1-1一一对应且孔径相等并与定位装置的夹板21上的水平安装孔21-1-1相对应配合；平台Ⅱ12-2的外侧为定位盲孔Ⅱ12-2-2，定位盲孔Ⅱ12-2-2与定位盲孔Ⅰ12-1-2相配合将待加工标准岩样的两端固定且定位盲孔Ⅰ12-1-2轴向与待加工标准岩样的轴向平行。

所述安装孔Ⅰ12-1-1为三个，分别为左安装孔Ⅰ35、中安装孔Ⅰ33和右安装孔Ⅰ34；安装孔Ⅱ12-2-1为三个，分别为左安装孔Ⅱ38、中安装孔Ⅱ36和右安装孔Ⅱ37；中安装孔Ⅰ33和中安装孔Ⅱ36分别与对应夹板21上的中水平安装孔27对应，左安装孔Ⅰ35和左安装孔Ⅱ38分别与对应夹板21的左水平安装孔29对应，右安装孔Ⅰ34和右安装孔Ⅱ37分别与对应夹板21上的右水平安装孔28对应。

为了使固定装置受力均匀，在平台Ⅰ12-1和平台Ⅱ12-2的外侧分别安装有薄钢板40，薄钢板40上设置有与安装孔Ⅰ和安装孔Ⅱ相对应的圆孔，圆孔的直径小于第一丝杆31-2-1的直径。薄钢板把丝钉传递的点力转换成面力施加在固定装置上，使固定装置受力较均匀，且提高了固定装置的承载能力。

一种制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的方法，步骤如下：

步骤一、将夹板21通过固定安装孔21-1-2安装在平台虎钳24上，并通过虎钳底座16上的定位孔17将定位装置安装到岩石研磨机41的电磁铁7的定位圆柱5上，保证夹板21与切割片所在平面垂直。

步骤二、将转接头11安装到岩石研磨机41的电动机的输出轴上并安装铜垫片和切割片。

步骤三、向夹板21的中水平安装孔27内***一个丝钉31并拧紧，左水平安装孔29和右水平安装孔28内分别***一个丝钉31，并拧进3～4个丝简单固定。

步骤四、将平台Ⅰ12-1上的左安装孔Ⅰ35、中安装孔Ⅰ33和右安装孔Ⅰ34分别与对应夹板21上的左水平安装孔29、中水平安装孔27和右水平安装孔28内丝钉31的第二丝杆31-2-2相对应；平台Ⅱ12-2上的左安装孔Ⅱ38、中安装孔Ⅱ36和右安装孔Ⅱ37分别与对应夹板21上的左水平安装孔29、中水平安装孔27和右水平安装孔28内的丝钉31相对应；将固定装置初步定位在夹板21上。

步骤五、将标准岩样水平放到固定装置内，并由定位盲孔Ⅱ12-2-2与定位盲孔Ⅰ12-1-2夹住，并拧动平台虎钳24的转轴22使标准岩样被夹紧；标准岩样的轴向与切割片所在平面平行。

步骤六、将各个丝钉31拧紧，使固定装置进一步夹紧标准岩样。

步骤七、松动转盘20上的定位丝20-1，将转盘20转动β度，使指针19指向刻度盘18上的β刻度线，使标准岩样的轴向与切割片成β角度，然后拧紧定位丝20-1，所述β角度的取值范围为0～180°。

步骤八、转动岩石研磨机41的三维操作杆9使切割片的最低点对准标准岩样的形心，启动岩石研磨机41的电动机并打开水管，操作三维操作杆9中上下操作杆手柄使切割片缓慢进入，进刀5毫米时，提速操作，直至进刀至铜垫片临近标准岩样表面，再次缓慢转动上下操作杆，直至铜垫片接触标准岩样的表面停止进刀，并快速退出切割片，关掉电动机和水管；

步骤九、拧掉夹板21上左水平安装孔29和右水平安装孔28内的丝钉，使固定装置及标准岩样绕中水平安装孔27内的丝钉旋转180°，并再次向左水平安装孔29和右水平安装孔28内***丝钉31，并拧紧；

步骤十、重复步骤八，对标准岩样另一个面进行切割，得到标准岩样的裂缝；

步骤十一、完成切割后，转动转轴22将标准岩样取下，松动定位丝20-1，将转盘20恢复原位，使指针19指向刻度盘18的0刻度线，并取下固定装置和夹板上的丝钉。

得到的带有与轴向成β角度裂缝的标准岩样的结构如图13所示。

在本实用新型中，裂缝的半长为a₃，几何示意图如图12所示，计算公式如下：

$a_3=\sqrt{R_1^2-{(R_2+R_0)}^2}---\left(1\right);$

其中，R₁为切割片的半径，R₂为铜垫片的半径，R₀为标准岩样的端面半径。根据已知的切割片半径、铜垫片的半径以及标准岩样的端面半径利用上述公式可以很方便地的计算出标准岩样裂缝的长度。

在本实施例中，采用的岩石研磨机41为美国GCTS公司生产的RSG-2000岩石研磨机。

例如，当铜垫片直径为6mm，切割片直径为60mm，对标准岩样的端面半径R₀＝25mm、高度H＝100mm的标准岩样切割裂缝，得到裂缝半长a₃为10.8mm。

当铜垫片直径为6mm，切割片直径为65mm，对标准岩样的端面半径R₀＝25mm、高度H＝100mm的标准岩样切割裂缝，得到裂缝半长a₃为16.5mm。

Claims (7)

1.一种制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，其特征在于：包括定位装置、固定装置、转接头(11)和切割片(3)；转接头(11)安装在岩石研磨机(41)的电动机的输出轴上，切割片(3)安装在转接头(11)上，定位装置安装在岩石研磨机(41)的电磁铁(7)上，在电磁铁(7)上设置有定位圆柱(5)，定位圆柱(5)与定位装置的定位孔(17)相配合，固定装置通过丝钉(31)安装在定位装置的夹板(21)上；所述固定装置包括两个相同的平台，分别为平台Ⅰ(12-1)和平台Ⅱ(12-2)，平台Ⅰ(12-1)的外侧设置有若干等距分布的安装孔Ⅰ(12-1-1)，平台Ⅰ(12-1)的内侧设置有定位盲孔Ⅰ(12-1-2)，平台Ⅱ(12-2)的外侧设置有若干等距分布的安装孔Ⅱ(12-2-1)，安装孔Ⅱ(12-2-1)与安装孔Ⅰ(12-1-1)一一对应且孔径相等并与定位装置的夹板(21)上的水平安装孔(21-1-1)相对应配合；平台Ⅱ(12-2)的内侧为定位盲孔Ⅱ(12-2-2)，定位盲孔Ⅱ(12-2-2)与定位盲孔Ⅰ(12-1-2)相配合将待加工标准岩样的两端固定且定位盲孔Ⅰ(12-1-2)轴向与待加工标准岩样的轴向平行。

2.根据权利要求1所述的制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，其特征在于：所述定位装置为平台虎钳(24)，包括虎钳底座(16)、刻度盘(18)、转盘(20)、夹板(21)、活动钳口(24-1)和固定钳口(24-2)；虎钳底座(16)的一侧设置有定位孔(17)，定位孔(17)与岩石研磨机(41)的定位圆柱(5)对应，在虎钳底座(16)上固定有刻度盘(18)，刻度盘(18)上安装有可转动的转盘(20)，在转盘(20)上与刻度盘(18)的零刻度线相对应的位置安装有指针(19)，在平台虎钳(24)的活动钳口(24-1)和固定钳口(24-2)均安装有夹板(21)，在夹板(21)设置有若干固定安装孔(21-1-2)和若干等距分布的用于安装固定装置的水平安装孔(21-1-1)，水平安装孔(21-1-1)高于平台虎钳(24)的上端面，夹板(21)通过固定安装孔(21-1-2)安装在平台虎钳(24)的活动钳口(24-1)和固定钳口(24-2)上。

3.根据权利要求1或2所述的制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，其特征在于：所述安装孔Ⅰ(12-1-1)为三个，分别为左安装孔Ⅰ(35)、中安装孔Ⅰ(33)和右安装孔Ⅰ(34)；安装孔Ⅱ(12-2-1)为三个，分别为左安装孔Ⅱ(38)、中安装孔Ⅱ(36)和右安装孔Ⅱ(37)；所述水平安装孔(21-1-1)为三个，分别为左水平安装孔(29)、中水平安装孔(27)和右水平安装孔(28)；中水平安装孔(27)位于左水平安装孔(29)和右水平安装孔(28)中间并与左水平安装孔(29)和右水平安装孔(28)位于同一直线；中安装孔Ⅰ(33)和中安装孔Ⅱ(36)分别与对应夹板(21)上的中水平安装孔(27)对应，左安装孔Ⅰ(35)和左安装孔Ⅱ(38)分别与对应夹板(21)的左水平安装孔(29)对应，右安装孔Ⅰ(34)和右安装孔Ⅱ(37)分别与对应夹板(21)上的右水平安装孔(28)对应。

4.根据权利要求2所述的制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，其特征在于：在刻度盘(18)上设置导槽，转盘(20)上与导槽相对应的位置处设置有孔，导槽内的定位丝(20-1)向上穿过孔将转盘(20)固定在刻度盘(18)上。

5.根据权利要求1所述的制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，其特征在于：所述丝钉(31)包括丝钉帽和丝杆，所述丝杆包括第一丝杆(31-2-1)和第二丝杆(31-2-2)，第一丝杆(31-2-1)的一端与丝钉帽连接，第一丝杆(31-2-1)的另一端与第二丝杆(31-2-2)连接，第一丝杆(31-2-1)的直径大于安装孔Ⅰ(12-1-1)的直径，第二丝杆(31-2-2)***安装孔Ⅰ(12-1-1)内并与安装孔Ⅰ(12-1-1)紧配合；且第一丝杆(31-2-1)靠近丝钉帽的位置加工有外螺纹。

6.根据权利要求1或5所述的制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，其特征在于：在平台Ⅰ(12-1)和平台Ⅱ(12-2)的外侧分别安装有薄钢板(40)，薄钢板(40)上设置有与安装孔Ⅰ和安装孔Ⅱ相对应的圆孔，圆孔的直径小于第一丝杆(31-2-1)的直径。

7.根据权利要求1所述的制备与标准岩样轴向成不同角度裂缝的实验装置，其特征在于：所述转接头(11)包括连接件(11-1)和连接杆(11-2)，连接件(11-1)的一端设置有内螺纹孔Ⅰ，连接件(11-1)的另一端与连接杆(11-2)的一端连接；连接件(11-1)的截面为正六边形；连接杆(11-2)的另一端设置有内螺纹孔Ⅱ，切割片安装在连接杆(11-2)上并通过螺栓(13)固紧，且在连接杆(11-2)上位于切割片(3)外侧的位置处安装有铜垫片(4)。