一種巖石剪切破壞面邊界描繪裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及巖土工程領域，尤其是一種巖石剪切破壞面邊界描繪裝置及方法。
【背景技術】
[0002]巖石力學試驗是巖石力學的基礎，是研究巖石力學與工程的重要手段之一。雖然現在科學計算和理論分析已經達到相當的高度，但巖石力學試驗作為直接解決實際工程中的力學問題仍然有著不可替代的作用。隨著現代巖石力學理論的飛速發展，測試各類巖體力學參數的試驗儀器也應運而生，現有的巖石力學試驗儀器雖然種類繁多，可以滿足各種巖石力學參數的試驗要求。
[0003]其中，直剪試驗是一種常用的巖石和節理面抗剪強度測試方法，直剪試驗相關規范和試驗機要求的標準巖樣一般為立方體或圓柱體，但軟巖和節理巖體標準巖樣的制備比較困難，很難直接切割成標準的立方體或圓柱體，一般是將現場采集回來小的巖塊或者包含節理面的巖體放置在標準立方體或圓柱體模具中，如說明書附圖的附圖1和附圖2所示，在巖塊周圍用高標號砂漿或者細石混凝土澆筑填充，并在剪切面位置預留切口，從而制備標準剪切試樣。
[0004]采用這種方法制備的標準剪切巖樣，在巖石(節理巖體等)直剪試驗中，只有剪切面上被剪斷的巖塊(或者結構面)才是實際的有效剪切面，這個實際剪切破壞面往往是一個不規則的面，如說明書附圖的附圖3所示，很難直接測量。目前通常采用如下兩種方法，一種是用透明紙覆于剪切面上，用筆勾畫出剪切面周邊的輪廓線，然后用求積儀或復制到CAD系統計算有效剪切面積；另外一種是對剪切破壞面進行拍照，然后掃描輸入計算機，采用圖像軟件進行面積統計計算。由于剪切破壞面是一個凹凸不平的不規則形狀，透明紙和巖石試樣的色差、繪圖紙的固定、描圖和照片拍攝角度等因素的影響，這兩種方法在實際描述有效剪切面的時候均存在較大的誤差，而且操作不方便。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種巖石剪切破壞面邊界描繪裝置及方法，該裝置制作簡單，準確性高，操作維護方便，實現了剪切面描繪程序化，描繪效率提高；該描繪方法描繪探針可隨剪切面的起伏而上下伸縮，描繪探針探頭采用可更換探頭，可任意旋轉的支架，描繪圖形直接轉化為數字圖像，便于計算機分析計算。
[0006]本發明所采用的技術方案是:
一種巖石剪切破壞面邊界描繪裝置，包括支撐筒、旋轉套筒、支座，支撐筒安裝在支座上，操作平臺底部與支座連接，巖樣位于操作平臺上。旋轉套筒中部固定連接一垂直桿，該垂直桿插入安裝在支撐筒中的軸承上，所述支撐筒上部安裝有旋轉軸承，斜桿一端連接在旋轉軸承上，斜桿另一端連接在旋轉套筒上，所述旋轉套筒內部活動安裝有水平聯動桿。描繪探針體連接在水平聯動桿的左端，轉動手柄套接在描繪探針體的轉動軸承上。
[0007]畫筆外筒連接在水平聯動桿的右端，電子畫筆插入畫筆外筒中并通過旋鈕固定。電子畫筆下方設置有電子繪圖板，電子繪圖板連接計算機。
[0008]所述旋轉套筒內上下對稱分布有多個卡槽，每一個卡槽內設有滾珠，水平聯動桿與滾珠配合，水平聯動桿能沿旋轉套筒軸向方向運動。
[0009]所述描繪探針體通過第一固定臂固定連接在水平聯動桿的左端。
[0010]所述操作平臺通過第一升降支座連接在支座上。
[0011 ] 所述電子繪圖板通過第二升降支座連接在支座上。
[0012]所述描繪探針體包括探針接頭、描述針頭，描繪探針體設有轉動軸承，描繪探針體內安裝有伸縮彈簧，描繪探針體下方設置探針接頭，探針接頭底部固定連接描繪針頭。
[0013]所述支座上設有調平旋鈕、水平氣泡儀。
[0014]本發明一種巖石剪切破壞面邊界描繪裝置及方法，技術效果如下:
1)、水平聯動桿插入旋轉套筒內，旋轉套筒內有滾珠，以實現水平聯動桿的左右自由運動。
[0015]2)、描繪探針主體包括可伸縮的描繪針頭，方便描繪針頭適應剪切面的起伏。
[0016]3)、旋轉套筒可在平面內繞旋轉軸承轉動，同時水平聯動桿可沿旋轉套筒軸向做伸縮運動，兩者的結合實現了支架的任意旋轉。
[0017]4)、斜桿一端連接在旋轉軸承上，斜桿另一端連接在旋轉套筒上，斜桿可隨旋轉套筒的轉動而轉動，同時也保證旋轉套筒的穩定，減少操作誤差。
[0018]5)、描繪探針主體固結在水平聯動桿左端，采用伸縮描繪探頭，可隨剪切破后面的起伏而上下伸縮，防止描繪探頭在剪切面行走過程中發生卡針現象；描繪探針主體中部有一個360°旋轉的轉動手柄，方便操作描繪探針在剪切面上運動；描繪探針下部的操作平臺可升降，以調節巖樣樣高度適應描繪探針高度。
[0019]6)、畫筆外筒固結在水平聯動桿的右端，電子畫筆中部用旋鈕螺釘以固定，并調節電子畫筆的伸出長度。電子畫筆下端直接于電子畫板接觸，電子繪圖板通過數據線與計算機相連。底部第二升降支座可升降，以調節電子繪圖板高度。
[0020]7)、本發明可以解決巖石剪切面面積計算人為誤差過大、操作困難等問題，實現巖石剪切破壞面程序化描繪。
【附圖說明】
[0021]圖1為【背景技術】中所述巖樣制備示意圖一。
[0022]圖2為【背景技術】中所述巖樣制備示意圖二。
[0023]圖3為【背景技術】中所述巖樣不規則剪切破壞面意圖。
[0024]圖4為本發明裝置的結構示意圖；
圖5為本發明裝置的描繪探針體結構示意圖；
圖6為本發明裝置的電子繪圖板與計算機連接示意圖；
圖7為本發明裝置的旋轉套筒、水平聯動桿安裝示意圖；
圖8為本發明裝置的操作平臺14結構示意圖；
圖9為本發明裝置的巖樣固定示意圖；
圖10為本發明裝置的支座結構示意圖。
[0025]其中:1_支撐筒、2-斜桿、3-旋轉套筒、4-畫筆桿、5-描繪針頭、6-電子畫筆、7-支座、8-畫筆外筒、9-滾排、10-旋轉軸承、11-第一升降支座、11’ -第二升降支座、12-軸承、13-電子繪圖板、14-操作平臺、15-水平聯動桿、16-轉動手柄、17-描繪探針體、18-伸縮彈簧、19-探針接頭、20-水平氣泡儀、21-調平旋鈕、22-支腳、23滾珠、24-夾板、26-撐桿、27-夾持彈簧、28-巖樣、29-巖石剪切邊界、30-擬剪切面、31-制樣盒邊框面、32-混凝土、33-旋鈕、34-數據線、35 -USB接口、36-計算機、37-實際剪切破壞面邊界、38-轉動軸承、
39-第一固定臂、40-第二固定臂。
【具體實施方式】
[0026]如圖4~圖10所示，一種巖石剪切破壞面邊界描繪裝置，包括支撐筒1、旋轉套筒3、支座7，支撐筒1安裝在支座7上，操作平臺14底部與支座7連接