一種真三軸巖樣裂紋預製裝置製造方法
2023-08-11 11:36:31 3
一種真三軸巖樣裂紋預製裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種巖石真三軸巖樣裂紋預製裝置，由上、下夾體、鎖緊螺栓和鎖緊螺母、側緊螺栓組成。夾體的兩側設有翼板，翼板上對稱設有兩對定位孔。在夾體腹面上設有貫通腹面的一條以上的預製裂縫孔，預製裂縫孔由工藝通孔和導向孔組成，導向孔為條形孔，工藝通孔位於導向孔的中心。在夾體側面對稱設有兩對帶有螺紋的側緊螺孔。本發明可以通過調整夾體的尺寸，在真三軸巖樣上製作預定數量、位置、尺寸和角度的裂紋，可滿足不同巖樣尺寸和不同裂紋預製方案的要求，便於開展巖石多裂紋擴展及其貫通破壞機制的試驗研究。本發明結構簡單，設計合理，使用方便，裂縫製作高效可行，特別適用於軟巖真三軸巖樣的裂紋預製。
【專利說明】一種真三軸巖樣裂紋預製裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種巖石力學試驗裝置，具體地說是一種巖石真三軸巖樣裂紋預製裝置。
【背景技術】
[0002]巖石是一種內含節理、裂紋、弱面及斷層等的非均質各向異性和非連續的複合結構體，其破壞是通過巖石內部不連續的微裂縫的張開、閉合和擴展貫通而產生的滑移面所引起的。巖石材料中的多裂紋擴展及其貫通破壞機制是巖石斷裂力學的重要研究課題。已有的研究大多數是針對圓柱形巖樣的假三軸試驗，而相比假三軸試驗，真三軸試驗使試樣處於三個主應力不相等(即c A c 2> c 3)的應力組合狀態下，試驗結果更能反映巖樣真實的本構關係。
[0003]研究巖石材料多裂紋擴展及貫通破壞機制問題常採用兩種途徑:(I)模型試驗，採用類巖石材料(如水泥、石膏、玻璃)與其他混合料按比例配製，摻入裂縫片、預埋金屬條或聚合物薄條等，預製出含裂紋的樣品來模擬巖樣開展相似材料試驗；(2)在製作好的真實巖樣中預製宏觀裂紋。模型材料雖然能較好的模擬巖石的特性，但由於巖石是非均質各向異性，使得模型材料並不能完全反映真實巖石本身的力學特性。目前，在製作好的巖樣試件上製作裂紋主要有通過雷射切割、在試件的側面用鋼鋸製作、在圓弧形夾具(201220266140.X)上鑽孔拉鋸製作等。雷射發熱會破壞巖樣的礦物成分和內部結構，且雷射預製裂紋適用於厚度只有幾毫米的小試件，並不適用於真三軸巖樣(邊長50mm，高IOOmm的長方體)的貫穿裂紋製作；鋼鋸只能從試件側面製作裂紋，不能研究試樣內部有裂紋的情況；圓弧形夾具是根據普通三軸(假三軸)試驗的試樣(圓柱體)要求設計的，不能滿足真三軸試驗的試件要求。這些都不能完全模擬巖石的實際情況。
【發明內容】
[0004]針對上述現有狀況存在的不足，本發明提供一種真三軸巖樣裂紋預製裝置。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案予以實現:
一種真三軸巖樣裂紋預製裝置，包括兩隻夾體1、鎖緊螺栓2、鎖緊螺母3和側緊螺栓4。每隻夾體I中部為凹形槽鋼狀，開口端兩側分別設有翼板，兩隻夾體I對合中部呈方管狀。
[0006]每隻夾體I兩側的翼板上以中心對稱分別設有兩對定位孔7。夾體I中部兩側面上分別設有兩對螺紋孔8。每隻夾體I中部的腹面為長方形，腹面的寬度設為X，長度設為
Y;所述腹面上均布設有貫通腹面的一條以上的預製裂縫孔，預製裂縫孔由工藝通孔5和導向孔6組成，導向孔6為條形孔，工藝通孔5位於導向孔6的中心，導向孔6沿長度方向的中心線與腹面上寬度X方向之間的夾角為裂縫傾角a，且a為銳角。工藝通孔5的孔徑為d。導向孔6的條形寬度為h,長度為a。
[0007]兩條以上預製裂縫孔中，相鄰預製裂縫孔間最近的兩點距離為巖橋長度b。相鄰預製裂縫孔間最近的兩點連線與腹面上寬度X方向之間的夾角為巖橋傾角3。[0008]兩隻夾體I對合凹口相對上下設置，設置在上方的為上夾體，下方的為下夾體，上夾體與下夾體為左右對稱件。上夾體腹面上均布的預製裂縫孔與下夾體腹面上均布的預製裂縫孔通過定位孔7上下相對應，且通過鎖緊螺栓2和鎖緊螺母3固定連接在一起。側緊螺栓4分別螺紋連接在上、下夾體的左右兩側面的螺紋孔8內。
[0009]所述兩個以上的預製裂縫孔的位置關係由巖橋長度b和巖橋傾角3所確定。所述腹面上均布設有貫通腹面的三個預製裂縫孔。第一、二、三預製裂縫孔的裂縫傾角分別為a x、a 2、a 3;所述第一預製裂縫孔與第二預製裂縫孔巖橋長度為匕，且巖橋傾角為A1 ;所述第一預製裂縫孔與第三預製裂縫孔巖橋長度為b2，且巖橋傾角為盧2。
[0010]本發明的有益技術效果體現在下述幾個方面:
1.本發明可高效易行地在真三軸巖樣的內部預製裂紋，不僅解決了以往採用雷射、側面用鋼鋸和圓弧形夾具對真三軸巖樣製作裂紋的方法的局限性，同時還可以通過改變夾體的尺寸、夾體腹面上工藝通孔的數量、直徑和位置、導向條形孔的長度、寬度和傾角，以滿足不同巖樣尺寸和不同裂紋預製方案的需求，便於開展巖石多裂紋擴展及其貫通破壞機制的試驗研究；
2.本發明結構簡單，設計合理，使用方便，裂縫製作高效可行，特別適用於軟巖真三軸巖樣的裂紋預製。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明結構模型圖。
[0012]圖2為本發明上夾體示意圖。
[0013]圖3為本發明下夾體示意圖。
[0014]圖4為本發明上夾體側面剖視圖。
[0015]圖5為本發明結構主視圖。
[0016]圖6為本發明結構俯視圖。
[0017]圖7為本發明預製裂縫尺寸、角度示意圖。
[0018]圖8為本發明結構模型使用狀態立體圖。
[0019]圖9為本發明結構模型使用狀態主視圖。
[0020]圖中序號，夾體1、鎖緊螺栓2、鎖緊螺母3、側緊螺栓4、工藝通孔5、導向孔6、定位孔7、螺紋孔8、巖樣9。
[0021 ] 下面結合附圖，對本發明作進一步的描述。
[0022]參見圖1、圖2、圖3、圖5。一種真三軸巖樣裂紋預製裝置，包括兩隻夾體1、鎖緊螺栓2、鎖緊螺母3和側緊螺栓4。每隻夾體I中部為凹形槽鋼狀，開口端兩側分別設有翼板，兩隻夾體I對合中部呈方管狀。
[0023]參見圖1、圖6、圖7。每隻夾體I兩側的翼板上以中心對稱分別設有兩對定位孔
7。夾體I中部兩側面上分別設有兩對螺紋孔8。
[0024]每隻夾體I兩側的翼板上以中心對稱分別設有兩對定位孔7。夾體I中部兩側面上分別設有兩對螺紋孔8。每隻夾體I中部的腹面為長方形，腹面的寬度設為X，長度設為
Y;所述腹面上均布設有貫通腹面的一條以上的預製裂縫孔，預製裂縫孔由工藝通孔5和導向孔6組成，導向孔6為條形孔，工藝通孔5位於導向孔6的中心，導向孔6沿長度方向的中心線與腹面上寬度X方向之間的夾角為裂縫傾角a，且a為銳角。工藝通孔5的孔徑為d。導向孔6的條形寬度為h,長度為a。
[0025]兩條以上預製裂縫孔中，相鄰預製裂縫孔間最近的兩點距離為巖橋長度b。相鄰預製裂縫孔間最近的兩點連線與腹面上寬度X方向之間的夾角為巖橋傾角3。
[0026]參見圖1、圖5。兩隻夾體I對合凹口相對上下設置，設置在上方的為上夾體，下方的為下夾體，上夾體與下夾體為左右對稱件。上夾體腹面上均布的預製裂縫孔與下夾體腹面上均布的預製裂縫孔通過定位孔7上下相對應，且通過鎖緊螺栓2和鎖緊螺母3固定連接在一起。側緊螺栓4分別螺紋連接在上、下夾體的左右兩側面的螺紋孔8內。
[0027]通過改變夾體I腹面的寬度X、長度Y尺寸，可滿足不同巖樣尺寸和不同裂縫預製方案的需求。
[0028]通過增減夾體I腹面的上預製裂縫孔的數量、或改變預製裂縫孔間的巖橋長度b、巖橋傾角盧，或改變導向孔6條形的長度a、寬度h、導向孔6沿長度方向的中心線與腹面上寬度X方向之間的夾角為a，可達到不同裂縫預製方案的需求。
[0029]真三軸巖樣預製裂紋製作的主要過程如下(參見圖8、圖9):
1、將巖樣9置於上夾體與下夾體之間，鎖緊螺栓2穿過定位孔7，將上夾體與下夾體對接，以防滑移錯位；
2、調節側緊螺栓4，使巖樣9居中並緊貼在夾體I左右兩側的側緊螺栓4，保證夾體I和巖樣9之間不會發生左右滑移；
3、接著將鎖緊螺母3套在鎖緊螺栓2上並擰緊，以將夾體I固定好，使巖樣9緊貼在夾體I上下兩側，保證夾體I和巖樣9之間不會發生上下滑移；
4、重新擰緊鎖緊螺栓2和側緊螺栓4，保證夾體I和巖樣9之間不會發生任何方向上的滑移；
5、將夾體I固定在加工臺面的支座上，通過帶金剛石鑽頭的鑽孔設備在上夾體的工藝通孔5位置對巖樣9進行鑽孔；
6、將帶金剛砂的鋼絲鋸由上夾體的工藝通孔5進入，穿過巖樣9上相對應的孔，再經下夾體的工藝通孔5引出後鎖緊在鋸弓上，然後沿著導向孔6來回拉動鋼絲鋸，在巖樣9鋸出預定長度和角度的裂縫。
[0030]本發明真三軸巖樣裂紋預製裝置，其結構簡單，加工非常方便。該裝置通過鎖緊螺栓2、鎖緊螺母3和側緊螺栓4將巖樣9緊固在夾體I上，通過夾體I腹面上預留的工藝通孔5和導向孔6在巖樣9上預製裂紋。加工時，夾體I可按試驗要求加工成不同的腹面尺寸(寬度X和長度Y)，以滿足不同巖樣尺寸的需求；夾體I上的導向孔6可按試驗要求加工成不同位置、角度(裂縫傾角a和巖橋傾角/O和長度(裂縫長度a和巖橋長度b)的搭接類型，以滿足真三軸巖樣不同裂紋預製方案的製作要求。
【權利要求】
1.一種真三軸巖樣裂紋預製裝置，其特徵在於:包括兩隻夾體(I)、鎖緊螺栓(2)、鎖緊螺母(3)和側緊螺栓(4);每隻夾體(I)中部為凹形槽鋼狀，開口端兩側分別設有翼板，兩隻夾體(I)對合中部呈方管狀；每隻夾體(I)兩側的翼板上以中心對稱分別設有兩對定位孔(7);所述夾體(I)中部兩側面上分別設有兩對螺紋孔(8);每隻夾體(I)中部的腹面為長方形，腹面的寬度設為X，長度設為Y ;所述腹面上均布設有貫通腹面的一條以上的預製裂縫孔，預製裂縫孔由工藝通孔(5)和導向孔(6)組成，導向孔(6)為條形孔，工藝通孔(5)位於導向孔(6)的中心，導向孔(6)沿長度方向的中心線與腹面上寬度X方向之間的夾角為裂縫傾角a ;工藝通孔(5)的孔徑為d ;導向孔(6)的條形寬度為h，長度為a;兩條以上預製裂縫孔中，相鄰預製裂縫孔間最近的兩點距離為巖橋長度b ;相鄰預製裂縫孔間最近的兩點連線與腹面上寬度X方向之間的夾角為巖橋傾角3 ;所述兩隻夾體(I)對合凹口相對上下設置，設置在上方的為上夾體，下方的為下夾體，上夾體與下夾體為左右對稱件；上夾體腹面上均布的預製裂縫孔與下夾體腹面上均布的預製裂縫孔通過定位孔(7)上下相對應，且通過鎖緊螺栓(2)和鎖緊螺母(3)固定連接在一起；所述側緊螺栓(4)分別螺紋連接在上、下夾體的左右兩側面的螺紋孔(8)內。
2.根據權利要求1所述的一種真三軸巖樣裂紋預製裝置，其特徵在於:兩個以上的預製裂縫孔的位置關係由巖橋長度b和巖橋傾角3所確定。
3.根據權利要求1所述的一種真三軸巖樣裂紋預製裝置，其特徵在於:所述腹面上均布設有貫通腹面的三個預製裂縫孔；所述第一、二、三預製裂縫孔的裂縫傾角分別為a pa2、;所述第一預製裂縫孔與第二預製裂縫孔的巖橋長度為Id1，且巖橋傾角為A1 ;所述第一預製裂縫孔與第三預製裂縫孔巖橋長度為b2，且巖橋傾角為盧2。
4.根據權利要求1所述的一種真三軸巖樣裂紋預製裝置，其特徵在於:所述裂縫傾角a為銳角。
【文檔編號】G01N1/28GK103776673SQ201410019613
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】姚華彥, 甘文寧, 周玉新, 盧坤林, 朱大勇, 邵迅, 吳軍軍 申請人:合肥工業大學