一種用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置及方法，包括固定框架、切割筒壁、取芯筒、動(dòng)力系統(tǒng)和鏈條式切割系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置于固定框架上，鏈條式切割系統(tǒng)設(shè)置于取芯筒上，固定框架底端與切割筒壁相連接后設(shè)置于取芯筒上，動(dòng)力系統(tǒng)將動(dòng)力傳給鏈條式切割系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鏈條式切割系統(tǒng)對巖石的切割。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便，易于在野外取得巖芯，具有極高的推廣價(jià)值。
【專利說明】一種用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖石設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]真三軸試驗(yàn)是使巖石試件處于三個(gè)主應(yīng)力不相等(即σ 1> σ 2> σ 3)的應(yīng)力組合狀態(tài)下的三軸壓縮試驗(yàn)。真三軸試驗(yàn)可以研究中間主應(yīng)力(σ2)對巖石變形及強(qiáng)度特性的影響。
[0003]對于隧道施工來說，高地應(yīng)力條件下地下工程圍巖在開挖前處于三維應(yīng)力狀態(tài)，其中某I?2個(gè)方向的主應(yīng)力很高，開挖后，圍巖由三維應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎S應(yīng)力狀態(tài)，在巖質(zhì)較脆的情況下，有可能產(chǎn)生能量的急劇釋放，圍巖發(fā)生劈裂彈射破壞，這就是人們常說的巖爆。此外，周邊洞室的開挖，有可能引起已開挖洞室圍巖應(yīng)力集中的加劇，導(dǎo)致已開挖洞室圍巖在開挖一段時(shí)間以后，能量釋放率急劇增加而發(fā)生巖爆，造成重大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，因此，充分了解巖石真三軸力學(xué)特性對于保證隧道施工安全，降低施工放線具有重要的研究意義。
[0004]目前，對于真三軸的試驗(yàn)研究尚不成熟，方形試件現(xiàn)場取芯及其困難，傳統(tǒng)的取芯裝置過于繁重，取芯花費(fèi)較高，取樣操作繁瑣，很難滿足真三軸試驗(yàn)的使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，該裝置拆卸方便，易于攜帶，取芯操作簡單易學(xué)，尤其適合于野外取樣，大大提高取芯成功率與操作效率。
[0006]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]—種用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，包括固定框架、切割筒壁、取芯筒、動(dòng)力系統(tǒng)和鏈條式切割系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置于固定框架上，鏈條式切割系統(tǒng)設(shè)置于取芯筒上，固定框架底端與切割筒壁相連接后設(shè)置于取芯筒上，動(dòng)力系統(tǒng)將動(dòng)力傳給鏈條式切割系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鏈條式切割系統(tǒng)對巖石的切割。
[0008]優(yōu)選的，所述動(dòng)力系統(tǒng)包括設(shè)置于固定框架頂部的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與圓盤齒輪相連接，圓盤齒輪與設(shè)置于固定框架的中部的正交齒輪嚙合，圓盤齒輪還與主動(dòng)鏈條齒輪固定連接。
[0009]優(yōu)選的，所述正交齒輪為四組，正交齒輪將圓盤齒輪的水平旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為豎直旋轉(zhuǎn)分力。
[0010]優(yōu)選的，所述四組正交齒輪均由圓盤齒輪帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了四組正交齒輪的轉(zhuǎn)速一致。
[0011]優(yōu)選的，所述鏈條式切割系統(tǒng)包括鏈條和設(shè)置于取芯筒下部的從動(dòng)鏈條齒輪，鏈條分別與主動(dòng)鏈條齒輪和從動(dòng)鏈條齒輪相嚙合。
[0012]優(yōu)選的，所述鏈條式切割系統(tǒng)還包括設(shè)置于取芯筒中部的輔助齒輪，輔助齒輪與鏈條嚙合。[0013]優(yōu)選的，所述固定框架通過刀盤固定螺栓與切割筒壁相連，所述切割筒壁為四組。
[0014]優(yōu)選的，所述鏈條為鋸齒鏈條。
[0015]優(yōu)選的，所述取芯筒為方形。
[0016]一種利用用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置的取樣方法，步驟如下:
[0017](I)將發(fā)動(dòng)機(jī)固定于框架上部，將正交齒輪設(shè)置于固定框架中部，并確保圓盤齒輪與正交齒輪良好嚙合，再將四組切割筒壁固定在固定框架下部，調(diào)試本裝置至正常運(yùn)轉(zhuǎn)；
[0018](2)將本裝置放置于待取巖石表面，確定取樣位置后，接通發(fā)電機(jī)電源，手持固定框架下壓，進(jìn)行巖樣現(xiàn)場切割；
[0019](3)待取芯筒四組切割筒壁完全貫穿巖塊時(shí)，關(guān)閉發(fā)電機(jī)電源，松開切割筒壁的刀盤固定螺栓，使固定框架與切割筒壁分離，將四組切割筒壁卸下，小心存放真三軸巖石試件；
[0020](4)重復(fù)上述操作，進(jìn)行其他巖塊的現(xiàn)場取芯。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022](I)本裝置結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便，在現(xiàn)場易于獲得方形巖芯。
[0023](2)四組正交齒輪將水平旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為垂直旋轉(zhuǎn)分力，帶動(dòng)四組鏈條同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對巖石的四面切割。四組鏈條同步對巖石進(jìn)行切割，切割速度相一致，具有較高的切割速度。
[0024](3)鏈條的厚度小于現(xiàn)有刀盤的厚度，減小了切割阻力，提高了切割速度。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0025]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2是本發(fā)明的分解圖；
[0027]圖3是本發(fā)明的傳動(dòng)示意圖；
[0028]其中:1、固定框架，2、發(fā)動(dòng)機(jī)，3、圓盤齒輪，4、正交齒輪轉(zhuǎn)軸，5、刀盤固定螺栓，6、主動(dòng)鏈條齒輪，7、正交齒輪，8、鏈條，9、輔助齒輪，10、切割筒壁，11、從動(dòng)鏈條齒輪，12、取芯筒。
【具體實(shí)施方式】:
[0029]實(shí)施例1: 一種用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示:包括固定框架1、切割筒壁10、取芯筒12、動(dòng)力系統(tǒng)和鏈條式切割系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置于固定框架I上，鏈條式切割系統(tǒng)設(shè)置于取芯筒12上，固定框架I底端與切割筒壁10相連接后設(shè)置于取芯筒12上，動(dòng)力系統(tǒng)將動(dòng)力傳給鏈條式切割系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鏈條式切割系統(tǒng)對巖石的切割。
[0030]所述動(dòng)力系統(tǒng)包括設(shè)置于固定框架I頂部的發(fā)動(dòng)機(jī)2,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與圓盤齒輪3相連接，圓盤齒輪3與位于正交齒輪轉(zhuǎn)軸4上的的正交齒輪7嚙合，正交齒輪轉(zhuǎn)軸4位于固定框架I中部；圓盤齒輪3還與主動(dòng)鏈條齒輪6固定連接。
[0031]所述正交齒輪7為四組，正交齒輪7將圓盤齒輪3的水平旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為豎直旋轉(zhuǎn)分力。
[0032]所述四組正交齒輪7均由圓盤齒輪3帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了四組正交齒輪7的轉(zhuǎn)速一致。[0033]所述鏈條式切割系統(tǒng)包括鏈條8和設(shè)置于取芯筒12下部的從動(dòng)鏈條齒輪11，鏈條8分別與主動(dòng)鏈條齒輪6和從動(dòng)鏈條齒輪11相嚙合。
[0034]所述鏈條式切割系統(tǒng)還包括設(shè)置于取芯筒中部的輔助齒輪9，輔助齒輪9與鏈條8嚙合，降低晃動(dòng)、震動(dòng)等外界因素對鏈條滾動(dòng)切割的影響，增強(qiáng)穩(wěn)定性。
[0035]所述固定框架I通過刀盤固定螺栓5與切割筒壁10相連；所述切割筒壁10為四組。
[0036]所述鏈條8為鋸齒鏈條。
[0037]所述取芯筒12為方形。
[0038]一種利用用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置的取樣方法，步驟如下:
[0039](I)將發(fā)動(dòng)機(jī)2固定于框架上部，將正交齒輪7設(shè)置于固定框架的正交齒輪轉(zhuǎn)軸4上，并確保圓盤齒輪3與正交齒輪7良好嚙合，再將四組切割筒壁設(shè)置在固定框架I下部，調(diào)試本裝置至正常運(yùn)轉(zhuǎn)；
[0040](2)將本裝置放置于待取巖石表面，確定取樣位置后，接通發(fā)電機(jī)2的電源，手持固定框架I下壓，進(jìn)行巖樣現(xiàn)場切割；
[0041](3)待取芯筒四組切割筒壁完全貫穿巖塊時(shí)，關(guān)閉發(fā)電機(jī)電源，松開切割筒壁10的刀盤固定螺栓5，使固定框架I與切割筒壁10分離，將四組切割筒壁卸下，小心存放真三軸巖石試件；
[0042](4)重復(fù)上述操作，進(jìn)行其他巖塊的現(xiàn)場取芯。
[0043]本發(fā)明的工作原理是:
[0044]電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)圓盤齒輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤齒輪3與正交齒輪7相嚙合，帶動(dòng)正交齒輪7轉(zhuǎn)動(dòng)，正交齒輪7與主動(dòng)鏈條齒輪6固定連接，主動(dòng)鏈條齒輪6帶動(dòng)鏈條8轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈條8帶動(dòng)輔助齒輪9和從動(dòng)鏈條齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0045]鏈條8為鋸齒鏈條，方便對巖石進(jìn)行切割。
[0046]本裝置結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便，在現(xiàn)場易于獲得方形巖芯。
[0047]四組正交齒輪7將圓盤齒輪3的水平旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為垂直旋轉(zhuǎn)分力，帶動(dòng)四組鏈條8同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對巖石的四面切割。四組鏈條8同步對巖石進(jìn)行切割，切割速度相一致，能保證方形巖芯的完整性。
[0048]鏈條8的厚度小于現(xiàn)有刀盤的厚度，減小了切割阻力，提高了切割速度。
[0049]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其特征在于:包括固定框架、切割筒壁、取芯筒、動(dòng)力系統(tǒng)和鏈條式切割系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置于固定框架上，鏈條式切割系統(tǒng)設(shè)置于取芯筒上，固定框架底端與切割筒壁相連接后設(shè)置于取芯筒上，動(dòng)力系統(tǒng)將動(dòng)力傳給鏈條式切割系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鏈條式切割系統(tǒng)對巖石的切割。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其特征在于:所述動(dòng)力系統(tǒng)包括設(shè)置于固定框架頂部的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與圓盤齒輪相連接，圓盤齒輪與設(shè)置于固定框架的中部的正交齒輪嚙合，圓盤齒輪還與主動(dòng)鏈條齒輪固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其特征在于:所述正交齒輪為四組，正交齒輪將圓盤齒輪的水平旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為豎直旋轉(zhuǎn)分力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其特征在于:所述四組正交齒輪均由圓盤齒輪帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了四組正交齒輪的轉(zhuǎn)速一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其特征在于:所述鏈條式切割系統(tǒng)包括鏈條和設(shè)置于取芯筒下部的從動(dòng)鏈條齒輪，鏈條分別與主動(dòng)鏈條齒輪和從動(dòng)鏈條齒輪相嚙合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其特征在于:所述鏈條式切割系統(tǒng)還包括設(shè)置于取芯筒中部的輔助齒輪，輔助齒輪與鏈條嚙合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其特征在于:所述固定框架通過刀盤固定螺栓與切割筒壁相連；所述切割筒壁為四組。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其特征在于:所述鏈條為鋸齒鏈條。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置，其特征在于:所述取芯筒為方形。
10.一種利用用于巖石真三軸試驗(yàn)的現(xiàn)場取芯裝置的取樣方法，步驟如下: (1)將發(fā)動(dòng)機(jī)固定于框架上部，將正交齒輪設(shè)置于固定框架中部，并確保圓盤齒輪與正交齒輪良好嚙合，再將四組切割筒壁固定在固定框架下部，調(diào)試本裝置至正常運(yùn)轉(zhuǎn)； (2)將本裝置放置于待取巖石表面，確定取樣位置后，接通發(fā)電機(jī)電源，手持固定框架下壓，進(jìn)行巖樣現(xiàn)場切割； (3)待取芯筒四組切割筒壁完全貫穿巖塊時(shí)，關(guān)閉發(fā)電機(jī)電源，松開切割筒壁的刀盤固定螺栓，使固定框架與切割筒壁分離，將四組切割筒壁卸下，小心存放真三軸巖石試件； (4)重復(fù)上述操作，進(jìn)行其他巖塊的現(xiàn)場取芯。
【文檔編號】G01N1/04GK103994899SQ201410209887
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】王慶瀚, 劉洪亮, 張乾青, 李術(shù)才, 李利平, 張騫, 徐飛, 王健華 申請人:山東大學(xué)