制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，包括定位裝置、固定裝置、轉接頭和切割片；轉接頭安裝在巖石研磨機的電動機的輸出軸上，切割片安裝在轉接頭上，定位裝置安裝在巖石研磨機的電磁鐵上，在電磁鐵上設置有定位圓柱，定位圓柱與定位裝置的定位孔相配合，固定裝置通過絲釘安裝在定位裝置的夾板上；本實用新型能夠在標準巖樣上預制裂縫，不僅能夠精確加工出設計裂縫長度，還能精確加工出與軸向夾角在0~180°間的裂縫，通過指針對應刻度盤上的刻度，可以得出軸向夾角的度數。本實用新型加工精度高，能提高加工效率，還適于其它非標準圓柱狀巖樣預制裂縫的加工。
【專利說明】
制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置
技術領域
[0001] 本實用新型屬于加工設備技術領域，具體涉及一種制備與標準巖樣軸向成不同角 度裂縫的實驗裝置。
【背景技術】
[0002] 標準巖樣是測試巖石抗壓強度、巖石彈性模量、泊松比等參數的重要試件。天然存 在或者人工制作的與標準巖樣軸向成不同角度的裂縫對巖石的抗壓強度、彈性模量、泊松 比的確定存在直接的影響，同時對于含有裂縫巖樣的破壞規律也有著較大的影響。然而，在 巖石上加工裂縫存在較大的困難，目前還缺乏在標準巖樣上制作裂縫的裝置。研究者采用 手工切割的方法，制作裂縫的質量較差，不能滿足研究的要求。因為天然巖體內部就存在很 多的缺陷和裂縫，所以能精確制備與標準巖樣軸向成一定角度的裂縫非常有意義。混凝土 可以通過提前預埋部件來預制裂縫，對于巖石就必須實用新型一套能夠精確地制作預定尺 寸裂縫的裝置和方法。 【實用新型內容】
[0003] 針對上述現有技術中描述的不足，本實用新型的目的是提供一種能精準加工與標 準巖樣軸向成不同角度裂縫的裝置。該裝置能夠簡單方便地計算裂縫的長度，能直觀確定 裂縫與標準巖樣軸向的角度值，提高裂縫加工的精度和效率。
[0004] 為實現上述技術目的，本實用新型所采用的技術方案如下：
[0005] -種制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，包括定位裝置、固定裝置、 轉接頭和切割片;轉接頭安裝在巖石研磨機的電動機的輸出軸上，切割片安裝在轉接頭上， 定位裝置安裝在巖石研磨機的電磁鐵上，在電磁鐵上設置有定位圓柱，定位圓柱與定位裝 置的定位孔相配合，固定裝置通過絲釘安裝在定位裝置的夾板上;所述固定裝置包括兩個 相同的平臺，分別為平臺I和平臺Π ，平臺I的外側設置有若干等距分布的安裝孔I，平臺I的 內側設置有定位盲孔I，平臺Π 的外側設置有若干等距分布的安裝孔Π ，安裝孔Π 與安裝孔 I一一對應且孔徑相等并與定位裝置的夾板上的水平安裝孔相對應配合;平臺Π 的內側為 定位盲孔Π ，定位盲孔Π 與定位盲孔I相配合將待加工標準巖樣的兩端固定且定位盲孔I軸 向與待加工標準巖樣的軸向平行。
[0006] 所述定位裝置為平臺虎鉗，包括虎鉗底座、刻度盤、轉盤、夾板、活動鉗口和固定鉗 口；虎鉗底座的一側設置有定位孔，定位孔與巖石研磨機的定位圓柱對應，在虎鉗底座上固 定有刻度盤，刻度盤上安裝有可轉動的轉盤，在轉盤上與刻度盤的零刻度線相對應的位置 安裝有指針，在平臺虎鉗的活動鉗口和固定鉗口均安裝有夾板，在夾板設置有若干固定安 裝孔和若干等距分布的用于安裝固定裝置的水平安裝孔，水平安裝孔高于平臺虎鉗的上端 面，夾板通過固定安裝孔安裝在平臺虎鉗的活動鉗口和固定鉗口上。
[0007] 所述安裝孔I為三個，分別為左安裝孔I、中安裝孔I和右安裝孔I;安裝孔π為三 個，分別為左安裝孔Π 、中安裝孔Π 和右安裝孔Π ;所述水平安裝孔為三個，分別為左水平 安裝孔、中水平安裝孔和右水平安裝孔；中水平安裝孔位于左水平安裝孔和右水平安裝孔 中間并左水平安裝孔和右水平安裝孔位于同一直線；中安裝孔I和中安裝孔π分別與對應 夾板上的中水平安裝孔對應，左安裝孔I和左安裝孔Π 分別與對應夾板的左水平安裝孔對 應，右安裝孔I和右安裝孔π分別與對應夾板上的右水平安裝孔對應。中水平安裝孔位于左 水平安裝孔和右水平安裝孔中間保證固定裝置旋轉180°后仍能準確安裝到定位裝置上。
[0008] 在刻度盤上設置導槽，轉盤上與導槽相對應的位置處設置有孔，導槽內的定位絲 向上穿過孔將轉盤固定在刻度盤上。
[0009] 所述絲釘包括絲釘帽和絲桿，所述絲桿包括第一絲桿和第二絲桿，第一絲桿的一 端與絲釘帽連接，第一絲桿的另一端與第二絲桿連接，第一絲桿的直徑大于安裝孔I的直 徑，第二絲桿插入安裝孔I內并與安裝孔I緊配合;且第一絲桿靠近絲釘帽的位置加工有外 螺紋。
[0010] 在平臺I和平臺Π 的外側分別安裝有薄鋼板，薄鋼板上設置有與安裝孔I和安裝孔 π相對應的圓孔，圓孔的直徑小于第一絲桿的直徑。薄鋼板把絲釘傳遞的點力轉換成面力 施加在固定裝置上，使固定裝置受力較均勻，且提高了固定裝置的承載能力。
[0011] 所述轉接頭包括連接件和連接桿，連接件的一端設置有內螺紋孔I，連接件的另一 端與連接桿的一端連接;連接件的截面為正六邊形;連接桿的另一端設置有內螺紋孔Π ，切 割片安裝在連接桿上并通過螺栓固緊，且在連接桿上位于切割片外側的位置處安裝有銅墊 片。銅墊片的使用在進行標準巖樣切縫時不再需要進行記錄操作桿的轉動圈數，避免由于 記錯操作桿的轉動圈數造成切割失敗。
[0012] 本實用新型能夠在標準巖樣上預制裂縫，不僅能夠精確加工出設計裂縫長度，還 能精確加工出與軸向夾角在〇~180°間的裂縫，通過指針對應刻度盤上的刻度，可以得出軸 向夾角的度數。本實用新型加工精度高，能提高加工效率，還適于其它非標準圓柱狀巖樣預 制裂縫的加工。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本實用新型中轉接頭的結構示意圖。
[0014] 圖2為本實用新型轉接頭的左視圖。
[0015] 圖3為本實用新型定位裝置的主視圖。
[0016] 圖4為本實用新型定位裝置的俯視圖。
[0017] 圖5為本實用新型定位裝置的左視圖。
[0018] 圖6為本實用新型固定裝置的俯視圖。
[0019] 圖7為本實用新型固定裝置的左視圖。
[0020] 圖8為本實用新型夾板的結構示意圖。
[0021 ]圖9為本實用新型絲釘的結構示意圖。
[0022] 圖10為本實用新型銅墊片的結構示意圖。
[0023] 圖11為本實用新型轉接頭、切割片和銅墊片與巖石研磨機的裝配示意圖。
[0024]圖12為本實用新型裂縫半長a3求解的幾何示意圖。
[0025]圖13為本實用新型含有與軸向成β角度裂縫的標準巖樣結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 如圖1~圖11所示，一種制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，包括定 位裝置、固定裝置、轉接頭11和切割片3,轉接頭11安裝在巖石研磨機41的電動機上，切割片 3安裝在轉接頭11上。
[0027] 所述轉接頭11包括連接件11-1和連接桿11-2，連接件11-1的一端設置有內螺紋孔 I，連接件11-1的另一端與連接桿11-2的一端連接;連接件11-1的截面為正六邊形;連接桿 11- 2的另一端設置有內螺紋孔Π ，切割片安裝在連接桿11-2上并通過螺栓13固緊，且在連 接桿11-2上位于切割片外側的位置處安裝有銅墊片4。銅墊片的使用在進行標準巖樣切縫 時不再需要進行記錄操作桿的轉動圈數，避免由于人工記錯操作桿的轉動圈數造成切割失 敗。
[0028] 定位裝置安裝在巖石研磨機41的電磁鐵7上，電磁鐵7上設置有定位圓柱5,定位圓 柱5與定位裝置的定位孔17相配合，所述定位裝置為平臺虎鉗24,包括虎鉗底座16、刻度盤 18、轉盤20、夾板21、活動鉗口 24-1和固定鉗口 24-2,虎鉗底座16的一側設置有定位孔17,定 位孔17與巖石研磨機41的定位圓柱5對應，在虎鉗底座16上固定有刻度盤18,刻度盤18上安 裝有可轉動的轉盤20。
[0029]具體地，在刻度盤18上設置有導槽，轉盤20上與導槽相對應的位置處設置有孔，導 槽內的定位絲20-1向上穿過孔將轉盤20固定在刻度盤18上。
[0030] 在轉盤20上與刻度盤18的零刻度線相對應的位置安裝有指針19。在平臺虎鉗24的 活動鉗口 24-1和固定鉗口 24-2均安裝有夾板21，在夾板21設置有若干固定安裝孔21-1-2和 若干等距分布的用于安裝固定裝置的水平安裝孔21-1-1，水平安裝孔21-1-1高于平臺虎鉗 24的上端面，所述水平安裝孔21-1-1為三個，分別為左水平安裝孔29、中水平安裝孔27和右 水平安裝孔28,中水平安裝孔27位于左水平安裝孔29和右水平安裝孔28中間并與左水平安 裝孔29和右水平安裝孔28位于同一直線。夾板21通過固定安裝孔21-1-2安裝在平臺虎鉗24 的活動鉗口 24-1和固定鉗口 24-2上。
[0031] 固定裝置通過絲釘31安裝在定位裝置的夾板21上，所述絲釘31包括絲釘帽和絲 桿，所述絲桿包括第一絲桿31-2-1和第二絲桿31-2-2,第一絲桿31-2-1的一端與絲釘帽連 接，第一絲桿31-2-1的另一端與第二絲桿31-2-2連接，第一絲桿31-2-1的直徑大于安裝孔I 12- 1-1的直徑，第二絲桿31-2-2插入安裝孔112-1-1內并與安裝孔112-1-1緊配合;且第一 絲桿31-2-1靠近絲釘帽的位置加工有外螺紋。
[0032] 所述固定裝置包括兩個相同的平臺，分別為平臺112-1和平臺Π 12-2,平臺112-1 的外側設置有若干等距分布的安裝孔112-1-1，平臺112-1的外側設置有定位盲孔112-1-2， 平臺Π 12-2的外側設置有若干等距分布的安裝孔Π 12-2-1，安裝孔Π 12-2-1與安裝孔112-1-1一一對應且孔徑相等并與定位裝置的夾板21上的水平安裝孔21-1-1相對應配合;平臺 Π 12-2的外側為定位盲孔Π 12-2-2,定位盲孔Π 12-2-2與定位盲孔112-1-2相配合將待加 工標準巖樣的兩端固定且定位盲孔112-1-2軸向與待加工標準巖樣的軸向平行。
[0033]所述安裝孔112-1-1為三個，分別為左安裝孔135、中安裝孔133和右安裝孔134;安 裝孔Π 12-2-1為三個，分別為左安裝孔Π 38、中安裝孔Π 36和右安裝孔Π 37;中安裝孔133 和中安裝孔Π 36分別與對應夾板21上的中水平安裝孔27對應，左安裝孔135和左安裝孔Π 38分別與對應夾板21的左水平安裝孔29對應，右安裝孔134和右安裝孔Π 37分別與對應夾 板21上的右水平安裝孔28對應。
[0034] 為了使固定裝置受力均勻，在平臺112-1和平臺Π 12-2的外側分別安裝有薄鋼板 40,薄鋼板40上設置有與安裝孔I和安裝孔Π 相對應的圓孔，圓孔的直徑小于第一絲桿31-2-1的直徑。薄鋼板把絲釘傳遞的點力轉換成面力施加在固定裝置上，使固定裝置受力較均 勻，且提高了固定裝置的承載能力。
[0035] -種制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的方法，步驟如下：
[0036]步驟一、將夾板21通過固定安裝孔21-1-2安裝在平臺虎鉗24上，并通過虎鉗底座 16上的定位孔17將定位裝置安裝到巖石研磨機41的電磁鐵7的定位圓柱5上，保證夾板21與 切割片所在平面垂直。
[0037]步驟二、將轉接頭11安裝到巖石研磨機41的電動機的輸出軸上并安裝銅墊片和切 割片。
[0038]步驟三、向夾板21的中水平安裝孔27內插入一個絲釘31并擰緊，左水平安裝孔29 和右水平安裝孔28內分別插入一個絲釘31，并擰進3~4個絲簡單固定。
[0039] 步驟四、將平臺112-1上的左安裝孔135、中安裝孔133和右安裝孔134分別與對應 夾板21上的左水平安裝孔29、中水平安裝孔27和右水平安裝孔28內絲釘31的第二絲桿31-2-2相對應;平臺Π 12-2上的左安裝孔Π 38、中安裝孔Π 36和右安裝孔Π 37分別與對應夾板 21上的左水平安裝孔29、中水平安裝孔27和右水平安裝孔28內的絲釘31相對應;將固定裝 置初步定位在夾板21上。
[0040]步驟五、將標準巖樣水平放到固定裝置內，并由定位盲孔Π 12-2-2與定位盲孔I 12-1-2夾住，并擰動平臺虎鉗24的轉軸22使標準巖樣被夾緊;標準巖樣的軸向與切割片所 在平面平行。
[0041]步驟六、將各個絲釘31擰緊，使固定裝置進一步夾緊標準巖樣。
[0042]步驟七、松動轉盤20上的定位絲20-1，將轉盤20轉動β度，使指針19指向刻度盤18 上的β刻度線，使標準巖樣的軸向與切割片成β角度，然后擰緊定位絲20-1，所述β角度的取 值范圍為〇~180°。
[0043]步驟八、轉動巖石研磨機41的三維操作桿9使切割片的最低點對準標準巖樣的形 心，啟動巖石研磨機41的電動機并打開水管，操作三維操作桿9中上下操作桿手柄使切割片 緩慢進入，進刀5毫米時，提速操作，直至進刀至銅墊片臨近標準巖樣表面，再次緩慢轉動上 下操作桿，直至銅墊片接觸標準巖樣的表面停止進刀，并快速退出切割片，關掉電動機和水 管；
[0044] 步驟九、擰掉夾板21上左水平安裝孔29和右水平安裝孔28內的絲釘，使固定裝置 及標準巖樣繞中水平安裝孔27內的絲釘旋轉180°，并再次向左水平安裝孔29和右水平安裝 孔28內插入絲釘31，并擰緊；
[0045] 步驟十、重復步驟八，對標準巖樣另一個面進行切割，得到標準巖樣的裂縫；
[0046]步驟^^一、完成切割后，轉動轉軸22將標準巖樣取下，松動定位絲20-1，將轉盤20 恢復原位，使指針19指向刻度盤18的0刻度線，并取下固定裝置和夾板上的絲釘。
[0047]得到的帶有與軸向成β角度裂縫的標準巖樣的結構如圖13所示。
[0048]在本實用新型中，裂縫的半長為a3,幾何示意圖如圖12所示，計算公式如下：
[0050]其中，Ri為切割片的半徑，R2為銅墊片的半徑，R〇為標準巖樣的端面半徑。根據已知 的切割片半徑、銅墊片的半徑以及標準巖樣的端面半徑利用上述公式可以很方便地的計算 出標準巖樣裂縫的長度。
[0051 ] 在本實施例中，采用的巖石研磨機41為美國GCTS公司生產的RSG-2000巖石研磨 機。
[0052] 例如，當銅墊片直徑為6mm，切割片直徑為60mm，對標準巖樣的端面半徑R〇 = 25mm、 高度Η = 100mm的標準巖樣切割裂縫，得到裂縫半長a3為10.8mm。
[0053] 當銅墊片直徑為6mm，切割片直徑為65mm，對標準巖樣的端面半徑R〇 = 25mm、高度Η =100mm的標準巖樣切割裂縫，得到裂縫半長a3為16.5mm。
【主權項】
1. 一種制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，其特征在于:包括定位裝置、 固定裝置、轉接頭（11)和切割片(3);轉接頭（11)安裝在巖石研磨機(41)的電動機的輸出軸 上，切割片(3)安裝在轉接頭（11)上，定位裝置安裝在巖石研磨機(41)的電磁鐵(7)上，在電 磁鐵(7)上設置有定位圓柱(5)，定位圓柱(5)與定位裝置的定位孔(17)相配合，固定裝置通 過絲釘(31)安裝在定位裝置的夾板(21)上;所述固定裝置包括兩個相同的平臺，分別為平 臺1(12-1)和平臺Π (12-2)，平臺1(12-1)的外側設置有若干等距分布的安裝孔1(12-1-1)， 平臺1(12-1)的內側設置有定位盲孔1(12-1-2)，平臺Π (12-2)的外側設置有若干等距分布 的安裝孔Π (12-2-1 )，安裝孔Π (12-2-1)與安裝孔I (12-1-1) -一對應且孔徑相等并與定 位裝置的夾板(21)上的水平安裝孔(21-1-1)相對應配合;平臺Π (12-2)的內側為定位盲孔 Π (12-2-2)，定位盲孔Π (12-2-2)與定位盲孔1(12-1-2)相配合將待加工標準巖樣的兩端 固定且定位盲孔1(12-1-2)軸向與待加工標準巖樣的軸向平行。2. 根據權利要求1所述的制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，其特征在 于:所述定位裝置為平臺虎鉗(24)，包括虎鉗底座（16)、刻度盤（18)、轉盤(20)、夾板(21)、 活動鉗口（24-1)和固定鉗口（24-2);虎鉗底座（16)的一側設置有定位孔（17)，定位孔（17) 與巖石研磨機(41)的定位圓柱(5)對應，在虎鉗底座（16)上固定有刻度盤(18)，刻度盤(18) 上安裝有可轉動的轉盤(20)，在轉盤(20)上與刻度盤(18)的零刻度線相對應的位置安裝有 指針（19)，在平臺虎鉗(24)的活動鉗口（24-1)和固定鉗口（24-2)均安裝有夾板(21)，在夾 板(21)設置有若干固定安裝孔(21-1-2)和若干等距分布的用于安裝固定裝置的水平安裝 孔(21-1-1)，水平安裝孔(21-1-1)高于平臺虎鉗(24)的上端面，夾板(21)通過固定安裝孔 (21-1-2)安裝在平臺虎鉗(24)的活動鉗口（24-1)和固定鉗口（24-2)上。3. 根據權利要求1或2所述的制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，其特征 在于:所述安裝孔1(12-1-1)為三個，分別為左安裝孔1(35)、中安裝孔1(33)和右安裝孔I (34);安裝孔Π (12-2-1)為三個，分別為左安裝孔Π (38)、中安裝孔Π (36)和右安裝孔Π (37);所述水平安裝孔(21-1-1)為三個，分別為左水平安裝孔(29)、中水平安裝孔(27)和右 水平安裝孔(28);中水平安裝孔(27)位于左水平安裝孔(29)和右水平安裝孔(28)中間并與 左水平安裝孔(29)和右水平安裝孔(28)位于同一直線；中安裝孔1(33)和中安裝孔Π (36) 分別與對應夾板(21)上的中水平安裝孔(27)對應，左安裝孔1(35)和左安裝孔Π (38)分別 與對應夾板(21)的左水平安裝孔(29)對應，右安裝孔1(34)和右安裝孔Π (37)分別與對應 夾板(21)上的右水平安裝孔(28)對應。4. 根據權利要求2所述的制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，其特征在 于:在刻度盤(18)上設置導槽，轉盤(20)上與導槽相對應的位置處設置有孔，導槽內的定位 絲(20-1)向上穿過孔將轉盤(20)固定在刻度盤(18)上。5. 根據權利要求1所述的制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，其特征在 于:所述絲釘(31)包括絲釘帽和絲桿，所述絲桿包括第一絲桿(31-2-1)和第二絲桿(31-2-2)，第一絲桿(31-2-1)的一端與絲釘帽連接，第一絲桿(31-2-1)的另一端與第二絲桿(31-2-2)連接，第一絲桿(31-2-1)的直徑大于安裝孔1(12-1-1)的直徑，第二絲桿(31-2-2)插入 安裝孔1(12-1-1)內并與安裝孔1(12-1-1)緊配合;且第一絲桿(31-2-1)靠近絲釘帽的位置 加工有外螺紋。6. 根據權利要求1或5所述的制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，其特征 在于:在平臺1(12-1)和平臺Π (12-2)的外側分別安裝有薄鋼板(40)，薄鋼板(40)上設置有 與安裝孔I和安裝孔Π 相對應的圓孔，圓孔的直徑小于第一絲桿(31-2-1)的直徑。7.根據權利要求1所述的制備與標準巖樣軸向成不同角度裂縫的實驗裝置，其特征在 于:所述轉接頭（11)包括連接件（11 -1)和連接桿（11 -2 )，連接件（11 -1)的一端設置有內螺 紋孔I，連接件（11-1)的另一端與連接桿(11-2)的一端連接;連接件（11-1)的截面為正六邊 形;連接桿（11-2)的另一端設置有內螺紋孔Π ，切割片安裝在連接桿（11-2)上并通過螺栓 (13)固緊，且在連接桿(11-2)上位于切割片(3)外側的位置處安裝有銅墊片(4)。
【文檔編號】G01N1/28GK205642957SQ201620393586
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】張盛, 王東坤, 魯義強, 袁瑞甫, 李振峰
【申請人】河南理工大學