[發明專利]一種弱膠結軟巖空心圓柱試樣制樣裝置及制備方法

在審

• 申請號: 202011347532.4
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112198034A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 劉家順;任鈺;朱開新;賈寶新;張雪峰;劉頁龍;齊小進;孫銘崧
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于巖石工程領域，公開了一種弱膠結軟巖空心圓柱試樣制樣裝置及制備方法，所述裝置包括：中空螺旋鉆、外套筒、機架、通氣連軸、密封套和低溫氣泵。所述中空螺旋鉆包括內凸臺、螺旋葉、空心筒和切削齒，轉動過程中，鉆桿上的螺旋葉將巖樣產生的碎屑逐步向上輸送；所述外套筒包括外凸臺、鉆身和鉆齒，內凸臺與外凸臺用滾珠連接，實現了外套筒與中空螺旋鉆同軸轉動；所述通氣連軸的一端活動連接外套筒，中部設置密封套；外套筒下方設置鉆齒，外套筒與中空螺旋鉆軸中心重合。所述低溫氣泵與中空螺旋鉆相連，通過進氣孔向裝置注入低溫空氣，形成穩定內外氣壓差進行護壁，同時又可冷卻鉆齒。本發明提供的一種弱膠結軟巖空心圓柱試樣制樣裝置及制備方法可提高軟巖試件的制樣成功率和鉆進效率，減小試樣的擾動，操作簡便。

技術領域

本發明涉及室內巖石力學試驗裝置，具體涉及一種弱膠結軟巖空心圓柱試樣制樣裝置及制備方法，屬于巖土工程測試技術領域。

背景技術

弱膠結軟巖是我國西部白堊系和侏羅系地層中廣泛存在的一類具有強度低、易風化、膠結性差、遇水易泥化、崩解等特點的特殊軟巖。隨著“一帶一路”倡議的提出，我國西部弱膠結軟巖地區交通、水利和礦山建設工程日益增加，對軟弱巖體力學性能研究提出了更高的要求。施工擾動引起圍巖應力場的重新調整過程將改變巖體原有的應力狀態和應力路徑，影響圍巖力學響應、裂隙擴展方向和擴展深度，甚至產生裂縫貫穿進而引發地下硐室失穩、基坑失效和滑坡等工程災害。因此，深入研究復雜應力狀態下弱膠結軟巖力學響應及本構關系，正確認識巖體工程中存在的主應力軸旋轉問題及其對工程穩定性的影響是提高設計可靠性，保證施工安全的基礎，也是安全高效開展相關工程建設的關鍵，對于認識和治理巖體開挖擾動誘發的工程災害具有重要意義。

目前，可實現復雜應力路徑的巖土室內試驗裝置主要為空心圓柱扭剪設備，先后有GDS SSHCA，GCTS HCA和中科院武漢巖土所研制的巖石空心扭剪試驗設備。上述設備均采用空心圓柱試樣作為研究對象，通過獨立控制內圍壓、外圍壓、軸力和扭矩實現復雜應力路徑加載。因土體強度較低且具有較好的粘結結構，易于原狀切削或者重塑且可保持試樣端面及內、外壁的光滑和完整；硬巖具有較好的強度不易破壞，可以采用同軸但不同直徑的空心鉆頭直接鉆取即可。但弱膠結軟巖空心圓柱試樣制取則存在著困難，其一，弱膠結軟巖遇水易泥化、崩解，因此采用傳統水鉆的方法極易造成試件的破損；其二，弱膠結軟巖強度要高于土體且結構脆性也遠大于土體，若采用先切削外壁，然后采用螺旋鉆頭從土樣底部即從下而上切削取芯的方法極易造成內壁的破損，甚至在內壁切削過程中產生的裂紋會擴展至試樣外壁造成整個弱膠結軟巖空心試樣的破壞。對于硬巖空心巖樣制備方法通常是在大的巖樣上先鉆取實心圓柱，再在所述實心圓柱上鉆取空心芯，這種方法在很大程度上導致了兩個過程的誤差累積，嚴重影響試樣質量同時進一步劣化了試樣質量。因此如何制取符合試驗要求的空心圓柱試樣，特別是如何在盡量減小擾動情況下將弱膠結軟巖制成滿足扭剪試驗要求的空心圓柱試樣十分必要。

發明內容

本發明提供一種弱膠結軟巖空心圓柱試樣制樣裝置及制備方法，解決了現有技術中弱膠結軟巖空心圓柱試樣制備困難、誤差大和質量劣化的技術問題，適用于制備可用于復雜應力路徑試驗的弱膠結軟巖空心圓柱試樣。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種弱膠結軟巖空心圓柱試樣制樣裝置及制備方法。

所述弱膠結軟巖空心圓柱試樣制樣裝置包括：中空螺旋鉆、外套筒、機架、通氣連軸、密封套、和低溫氣泵，所述中空螺旋鉆包括內凸臺、螺旋葉、空心筒和切削齒；所述外套筒包括外凸臺、鉆身和鉆齒；所述通氣連軸分為粗軸段和細軸段，通氣連軸細軸段活動連接外套筒；所述通氣連軸中部設置密封套；所述內凸臺與外凸臺用滾珠連接。

進一步，所述中空螺旋鉆包括頂部設置內凸臺，中部設置螺旋葉、空心筒，底部設置切削齒，螺旋葉沿空心筒外壁均勻分布，切削齒的切削表面區域呈比例，切削齒尖端設置兩個對應排氣孔方便低溫氣體排出，所述切削齒能夠增加鉆進能力、穩定性和導向能力。