[發明專利]一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置及制取方法

在審

• 申請號: 202210109932.4
• 申請日: 2022-01-29
• 公開（公告）號: CN114518244A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 唐勁舟;楊科;劉欽節;胡學龍;張亮;邵逸文
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）;安徽理工大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;G01N1/28
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發明涉及一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置及制取方法。該裝置包括試件緊固系統、鉆芯系統、加載系統和冷卻系統。所述試件緊固系統包括左右兩側的伺服電機、減速機、液壓杠、液壓缸、加載板；所述鉆芯系統包括電機、接頭、薄壁套筒和金剛石鉆頭；所述加載系統包括鋼性框架、伺服電機、減速機、移動橫梁和滾珠絲杠；所述冷卻系統包括水箱和水管；緊固系統將含不同傾角結構面的立方體試樣固定在底座，電機帶動套筒旋轉，伺服電機通過減速機、液壓系統給移動橫梁提供一個下壓力，同時水箱中的水通過水管流至鉆頭處，冷卻鉆具，并將巖屑沖出。本發明可以實現從立方體試樣中鉆取出標準的含不同傾角結構面的圓柱形試樣，便于進一步開展試驗研究。

技術領域

本發明涉及巖石結構面的制取，具體涉及一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置及方法。

背景技術

結構面與巖石塊體是構成巖體結構的兩個重要的因素，其中結構面是巖體不連續性、各向異性的根源，并且還常常作為軟弱面，大大削弱巖體的強度，影響巖體的穩定性，造成滑坡、壩體失穩、礦柱崩塌等各類事故。對結構面的研究一直以來都是巖石力學領域的熱點和難點，考慮到大型原位試驗的巨大投資和操作難度，國際上通用的做法是采用室內試驗進行研究，而室內試驗需要大量的巖石結構面試樣，但是如何快速、高效的制取足夠多的巖石結構面供試驗使用，是需要解決的關鍵問題。

目前較常采用的方法是利用類巖石材料澆筑人工結構面進行剪切和三軸壓縮試驗，或采用含結構面的立方體巖石試樣進行直剪試驗來研究結構面的力學性質，類巖石材料結構面雖然在一定程度上能反映巖石結構面的力學性能，但無法完全體現自然真實巖石結構面的形貌特征，所以得到的試驗數據的可靠度還有待進一步加強。而采用含結構面的立方體巖石試樣進行直剪試驗雖然能較好地體現巖石結構面的剪切力學行為，但直剪試驗中結構面的受力方向僅為法向和切向兩個方向，其受力狀態與真實結構面的三維受力狀態有差異，而不同的受力狀態下巖石結構面的力學行為也具有明顯的差異性。圓柱形試樣采用圍壓加載的方式可以較好地模擬地下圍巖的三維應力條件。因此，有必要研發一種新的含傾斜粗糙結構面圓柱形試樣的制取裝置及方法來制取含傾斜粗糙結構面圓柱形試樣研究結構面在真實受力環境下的力學性質及其變形特征，為各種巖體工程的設計及其建造提供指導和理論依據。

發明內容

針對現有技術上存在的上述技術問題，本發明提出了一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置及方法。

本發明提出的技術方案如下：

一種含傾斜粗糙單節理的圓柱形巖樣制取裝置，所述制取裝置包括試件緊固系統、鉆芯系統和冷卻系統；

所述試件緊固系統由兩套規格相同的加壓裝置及緊固模具組成，兩套所述加壓裝置包括左側加壓裝置和右側加壓裝置，兩套所述緊固模具包括左側緊固模具和右側緊固模具，使用時，將巖樣置于所述左側緊固模具和右側緊固模具中，所述左側加壓裝置和右側加壓裝置分別從兩側對所述左側緊固模具和右側緊固模具施加壓力，以將所述巖樣固定，防止鉆芯時含結構面的立方體巖樣沿結構面發生滑移；

所述鉆芯系統包括電機、接頭、薄壁套筒、金剛石鉆頭；所述電機下端依次連接所述接頭、薄壁套筒和金剛石鉆頭，所述電機旋轉通過接頭帶動所述薄壁套筒及金剛石鉆頭在巖樣上部旋轉鉆進；

所述冷卻系統包括水箱和水管，所述水箱中的水通過水管流至所述金剛石鉆頭處，給鉆頭降溫并將鉆進過程產生的巖屑沖出。

進一步的，所述制取裝置還包括加載系統，所述加載系統包括伺服電機Ⅲ、減速機Ⅲ、液壓杠Ⅲ、液壓缸Ⅲ、加載板Ⅲ、移動橫梁、剛性框架、左滾珠絲杠Ⅰ和右滾珠絲杠Ⅱ；

所述巖樣置于所述剛性框架底部中間，所述剛性框架內兩側分別設置有左滾珠絲杠Ⅰ和右滾珠絲杠Ⅱ，所述左滾珠絲杠Ⅰ和右滾珠絲杠Ⅱ上分別套接有左滾珠螺母Ⅰ和右滾珠螺母Ⅱ；