一種用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置及方法，包括固定框架、切割筒壁、取芯筒、動力系統和鏈條式切割系統，動力系統設置于固定框架上，鏈條式切割系統設置于取芯筒上，固定框架底端與切割筒壁相連接后設置于取芯筒上，動力系統將動力傳給鏈條式切割系統，實現鏈條式切割系統對巖石的切割。本裝置結構簡單，拆卸方便，易于在野外取得巖芯，具有極高的推廣價值。
【專利說明】一種用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及巖石設備領域，具體涉及一種用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置及方法。
【背景技術】
[0002]真三軸試驗是使巖石試件處于三個主應力不相等(即σ 1> σ 2> σ 3)的應力組合狀態下的三軸壓縮試驗。真三軸試驗可以研究中間主應力(σ2)對巖石變形及強度特性的影響。
[0003]對于隧道施工來說，高地應力條件下地下工程圍巖在開挖前處于三維應力狀態，其中某I?2個方向的主應力很高，開挖后，圍巖由三維應力狀態轉變為二維應力狀態，在巖質較脆的情況下，有可能產生能量的急劇釋放，圍巖發生劈裂彈射破壞，這就是人們常說的巖爆。此外，周邊洞室的開挖，有可能引起已開挖洞室圍巖應力集中的加劇，導致已開挖洞室圍巖在開挖一段時間以后，能量釋放率急劇增加而發生巖爆，造成重大的經濟財產損失，因此，充分了解巖石真三軸力學特性對于保證隧道施工安全，降低施工放線具有重要的研究意義。
[0004]目前，對于真三軸的試驗研究尚不成熟，方形試件現場取芯及其困難，傳統的取芯裝置過于繁重，取芯花費較高，取樣操作繁瑣，很難滿足真三軸試驗的使用要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于設計一種用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，該裝置拆卸方便，易于攜帶，取芯操作簡單易學，尤其適合于野外取樣，大大提高取芯成功率與操作效率。
[0006]本發明采用下述技術方案:
[0007]—種用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，包括固定框架、切割筒壁、取芯筒、動力系統和鏈條式切割系統，動力系統設置于固定框架上，鏈條式切割系統設置于取芯筒上，固定框架底端與切割筒壁相連接后設置于取芯筒上，動力系統將動力傳給鏈條式切割系統，實現鏈條式切割系統對巖石的切割。
[0008]優選的，所述動力系統包括設置于固定框架頂部的發動機，發動機轉軸與圓盤齒輪相連接，圓盤齒輪與設置于固定框架的中部的正交齒輪嚙合，圓盤齒輪還與主動鏈條齒輪固定連接。
[0009]優選的，所述正交齒輪為四組，正交齒輪將圓盤齒輪的水平旋轉動力轉化為豎直旋轉分力。
[0010]優選的，所述四組正交齒輪均由圓盤齒輪帶動，實現了四組正交齒輪的轉速一致。
[0011]優選的，所述鏈條式切割系統包括鏈條和設置于取芯筒下部的從動鏈條齒輪，鏈條分別與主動鏈條齒輪和從動鏈條齒輪相嚙合。
[0012]優選的，所述鏈條式切割系統還包括設置于取芯筒中部的輔助齒輪，輔助齒輪與鏈條嚙合。[0013]優選的，所述固定框架通過刀盤固定螺栓與切割筒壁相連，所述切割筒壁為四組。
[0014]優選的，所述鏈條為鋸齒鏈條。
[0015]優選的，所述取芯筒為方形。
[0016]一種利用用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置的取樣方法，步驟如下:
[0017](I)將發動機固定于框架上部，將正交齒輪設置于固定框架中部，并確保圓盤齒輪與正交齒輪良好嚙合，再將四組切割筒壁固定在固定框架下部，調試本裝置至正常運轉；
[0018](2)將本裝置放置于待取巖石表面，確定取樣位置后，接通發電機電源，手持固定框架下壓，進行巖樣現場切割；
[0019](3)待取芯筒四組切割筒壁完全貫穿巖塊時，關閉發電機電源，松開切割筒壁的刀盤固定螺栓，使固定框架與切割筒壁分離，將四組切割筒壁卸下，小心存放真三軸巖石試件；
[0020](4)重復上述操作，進行其他巖塊的現場取芯。
[0021]本發明的有益效果是:
[0022](I)本裝置結構簡單，拆卸方便，在現場易于獲得方形巖芯。
[0023](2)四組正交齒輪將水平旋轉動力轉化為垂直旋轉分力，帶動四組鏈條同步轉動，進而實現了對巖石的四面切割。四組鏈條同步對巖石進行切割，切割速度相一致，具有較高的切割速度。
[0024](3)鏈條的厚度小于現有刀盤的厚度，減小了切割阻力，提高了切割速度。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0025]圖1是本發明的結構圖；
[0026]圖2是本發明的分解圖；
[0027]圖3是本發明的傳動示意圖；
[0028]其中:1、固定框架，2、發動機，3、圓盤齒輪，4、正交齒輪轉軸，5、刀盤固定螺栓，6、主動鏈條齒輪，7、正交齒輪，8、鏈條，9、輔助齒輪，10、切割筒壁，11、從動鏈條齒輪，12、取芯筒。
【具體實施方式】:
[0029]實施例1: 一種用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其結構如圖1-3所示:包括固定框架1、切割筒壁10、取芯筒12、動力系統和鏈條式切割系統，動力系統設置于固定框架I上，鏈條式切割系統設置于取芯筒12上，固定框架I底端與切割筒壁10相連接后設置于取芯筒12上，動力系統將動力傳給鏈條式切割系統，實現鏈條式切割系統對巖石的切割。
[0030]所述動力系統包括設置于固定框架I頂部的發動機2,發動機轉軸與圓盤齒輪3相連接，圓盤齒輪3與位于正交齒輪轉軸4上的的正交齒輪7嚙合，正交齒輪轉軸4位于固定框架I中部；圓盤齒輪3還與主動鏈條齒輪6固定連接。
[0031]所述正交齒輪7為四組，正交齒輪7將圓盤齒輪3的水平旋轉動力轉化為豎直旋轉分力。
[0032]所述四組正交齒輪7均由圓盤齒輪3帶動，實現了四組正交齒輪7的轉速一致。[0033]所述鏈條式切割系統包括鏈條8和設置于取芯筒12下部的從動鏈條齒輪11，鏈條8分別與主動鏈條齒輪6和從動鏈條齒輪11相嚙合。
[0034]所述鏈條式切割系統還包括設置于取芯筒中部的輔助齒輪9，輔助齒輪9與鏈條8嚙合，降低晃動、震動等外界因素對鏈條滾動切割的影響，增強穩定性。
[0035]所述固定框架I通過刀盤固定螺栓5與切割筒壁10相連；所述切割筒壁10為四組。
[0036]所述鏈條8為鋸齒鏈條。
[0037]所述取芯筒12為方形。
[0038]一種利用用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置的取樣方法，步驟如下:
[0039](I)將發動機2固定于框架上部，將正交齒輪7設置于固定框架的正交齒輪轉軸4上，并確保圓盤齒輪3與正交齒輪7良好嚙合，再將四組切割筒壁設置在固定框架I下部，調試本裝置至正常運轉；
[0040](2)將本裝置放置于待取巖石表面，確定取樣位置后，接通發電機2的電源，手持固定框架I下壓，進行巖樣現場切割；
[0041](3)待取芯筒四組切割筒壁完全貫穿巖塊時，關閉發電機電源，松開切割筒壁10的刀盤固定螺栓5，使固定框架I與切割筒壁10分離，將四組切割筒壁卸下，小心存放真三軸巖石試件；
[0042](4)重復上述操作，進行其他巖塊的現場取芯。
[0043]本發明的工作原理是:
[0044]電動機2帶動圓盤齒輪3轉動，圓盤齒輪3與正交齒輪7相嚙合，帶動正交齒輪7轉動，正交齒輪7與主動鏈條齒輪6固定連接，主動鏈條齒輪6帶動鏈條8轉動，鏈條8帶動輔助齒輪9和從動鏈條齒輪11轉動。
[0045]鏈條8為鋸齒鏈條，方便對巖石進行切割。
[0046]本裝置結構簡單，拆卸方便，在現場易于獲得方形巖芯。
[0047]四組正交齒輪7將圓盤齒輪3的水平旋轉動力轉化為垂直旋轉分力，帶動四組鏈條8同步轉動，進而實現了對巖石的四面切割。四組鏈條8同步對巖石進行切割，切割速度相一致，能保證方形巖芯的完整性。
[0048]鏈條8的厚度小于現有刀盤的厚度，減小了切割阻力，提高了切割速度。
[0049]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其特征在于:包括固定框架、切割筒壁、取芯筒、動力系統和鏈條式切割系統，動力系統設置于固定框架上，鏈條式切割系統設置于取芯筒上，固定框架底端與切割筒壁相連接后設置于取芯筒上，動力系統將動力傳給鏈條式切割系統，實現鏈條式切割系統對巖石的切割。
2.根據權利要求1所述的用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其特征在于:所述動力系統包括設置于固定框架頂部的發動機，發動機轉軸與圓盤齒輪相連接，圓盤齒輪與設置于固定框架的中部的正交齒輪嚙合，圓盤齒輪還與主動鏈條齒輪固定連接。
3.根據權利要求2所述的用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其特征在于:所述正交齒輪為四組，正交齒輪將圓盤齒輪的水平旋轉動力轉化為豎直旋轉分力。
4.根據權利要求3所述的用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其特征在于:所述四組正交齒輪均由圓盤齒輪帶動，實現了四組正交齒輪的轉速一致。
5.根據權利要求1所述的用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其特征在于:所述鏈條式切割系統包括鏈條和設置于取芯筒下部的從動鏈條齒輪，鏈條分別與主動鏈條齒輪和從動鏈條齒輪相嚙合。
6.根據權利要求5所述的用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其特征在于:所述鏈條式切割系統還包括設置于取芯筒中部的輔助齒輪，輔助齒輪與鏈條嚙合。
7.根據權利要求1所述的用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其特征在于:所述固定框架通過刀盤固定螺栓與切割筒壁相連；所述切割筒壁為四組。
8.根據權利要求5所述的用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其特征在于:所述鏈條為鋸齒鏈條。
9.根據權利要求1所述的用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置，其特征在于:所述取芯筒為方形。
10.一種利用用于巖石真三軸試驗的現場取芯裝置的取樣方法，步驟如下: (1)將發動機固定于框架上部，將正交齒輪設置于固定框架中部，并確保圓盤齒輪與正交齒輪良好嚙合，再將四組切割筒壁固定在固定框架下部，調試本裝置至正常運轉； (2)將本裝置放置于待取巖石表面，確定取樣位置后，接通發電機電源，手持固定框架下壓，進行巖樣現場切割； (3)待取芯筒四組切割筒壁完全貫穿巖塊時，關閉發電機電源，松開切割筒壁的刀盤固定螺栓，使固定框架與切割筒壁分離，將四組切割筒壁卸下，小心存放真三軸巖石試件； (4)重復上述操作，進行其他巖塊的現場取芯。
【文檔編號】G01N1/04GK103994899SQ201410209887
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】王慶瀚, 劉洪亮, 張乾青, 李術才, 李利平, 張騫, 徐飛, 王健華 申請人:山東大學