一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置及其應(yīng)用方法
【專(zhuān)利摘要】一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置，包括支架平臺(tái)，支架平臺(tái)上安裝有小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上通過(guò)螺栓固定安裝有測(cè)量桿，測(cè)量桿下端安裝有至少一個(gè)直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)與行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)電連接，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)下方安裝有光電門(mén)，光電門(mén)與輸入計(jì)時(shí)器連接。本發(fā)明提供的一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置及其應(yīng)用方法，能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)數(shù)據(jù)的測(cè)量和收集，并且通過(guò)有限元軟件處理計(jì)算，為巖土工程提供一定參考價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其是一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置及其應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)大量水電工程和橋梁道路工程建設(shè)的進(jìn)行，對(duì)施工開(kāi)挖過(guò)程中巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性提出了較高要求；同時(shí)我國(guó)也存在著大量的不穩(wěn)定邊坡和庫(kù)岸，對(duì)這些不穩(wěn)定邊坡和庫(kù)岸的穩(wěn)定性分析是當(dāng)前邊坡工程研究的核心問(wèn)題。目前，邊坡穩(wěn)定性分析研究往往采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行，而結(jié)構(gòu)面參數(shù)選取直接影響著數(shù)值模擬的結(jié)果。在實(shí)際分析過(guò)程中，邊坡的結(jié)構(gòu)面形態(tài)一般是地質(zhì)工作人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查估算獲取，存在一定的主觀性和誤差，因此很難得到準(zhǔn)確的數(shù)值模擬結(jié)論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置及其應(yīng)用方法，能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)數(shù)據(jù)的測(cè)量和收集，并且通過(guò)有限元軟件處理計(jì)算，為巖土工程提供一定參考價(jià)值。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置，包括支架平臺(tái)，支架平臺(tái)上安裝有小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上通過(guò)螺栓固定安裝有測(cè)量桿，測(cè)量桿下端安裝有至少一個(gè)直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)與行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)電連接，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)下方安裝有光電門(mén)，光電門(mén)與輸入計(jì)時(shí)器連接；
行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)與輸入計(jì)時(shí)器安裝在測(cè)量桿上，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)與放置在支架平臺(tái)上的巖石試樣相配合。
[0005]直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)中，推桿一端連接的觸頭與動(dòng)斷觸點(diǎn)和動(dòng)合觸點(diǎn)相配合，推桿內(nèi)設(shè)置有彈簧，推桿與巖石試樣相配合。
[0006]支架平臺(tái)由可伸縮的支腳和安裝在支腳上的水平平臺(tái)組成。
[0007]—種利用上述裝置進(jìn)行巖石試樣表面粗糙度量化的方法，該方法包括以下步驟: 步驟1:將巖石試樣固定到支架平臺(tái)上；
步驟2:打開(kāi)行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)，以某一恒定速率控制直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)在垂直方向上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)的推桿觸碰到巖石試樣表面后控制動(dòng)合觸點(diǎn)、動(dòng)斷觸點(diǎn)相互切換，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)往下運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)光電門(mén)，其中光電門(mén)是一個(gè)像門(mén)樣的裝置，一邊安裝發(fā)光裝置，一邊安裝接收裝置并與輸入計(jì)時(shí)器連接，根據(jù)直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)運(yùn)行速率以及輸入計(jì)時(shí)器記錄時(shí)間，計(jì)算可得直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)z軸移動(dòng)距離=X ;
步驟3:待直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)垂直向下、往返向上運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期完成時(shí)，間歇停止5秒鐘；步驟4:在停止5秒鐘期間內(nèi)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制測(cè)量桿以0.5毫米/秒的速率向前運(yùn)行2秒鐘，重復(fù)上述步驟2，測(cè)量直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)下一個(gè)z軸移動(dòng)距離；
步驟5:重復(fù)上述步驟3-4，直至完成整個(gè)巖石試樣表面的測(cè)量，得到3維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X，y，z)；
步驟6:將步驟5得到的3維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(x，y，z)通過(guò)cad軟件導(dǎo)入生成巖石試樣3維表面形態(tài)，并通過(guò)ansys軟件蒙皮技術(shù)進(jìn)行有限元模型建立和計(jì)算，建立節(jié)理面的三維數(shù)值模型，從而實(shí)現(xiàn)巖石試樣表面粗糙度的量化。
[0008]本發(fā)明提供的一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置及其應(yīng)用方法，有益效果如下:
1、有效地滿(mǎn)足一定精度的結(jié)構(gòu)面參數(shù)定量描述，而且能夠利用可靠的結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)數(shù)據(jù)，有針對(duì)性地進(jìn)行有限元模型建立和計(jì)算分析；
2、采用光電計(jì)時(shí)器、行程開(kāi)關(guān)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化測(cè)量以及保證數(shù)據(jù)的一定精度；
3、具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)；能夠?qū)崿F(xiàn)一定精度地獲取結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)，為研究巖體破壞機(jī)理和滑坡穩(wěn)定性模擬計(jì)算提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明裝置所用直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例一
一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置，包括支架平臺(tái)I，支架平臺(tái)I上安裝有小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)2，小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)2上通過(guò)螺栓3固定安裝有測(cè)量桿13，測(cè)量桿13下端安裝有至少一個(gè)直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5與行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)4電連接，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5下方安裝有光電門(mén)6，光電門(mén)6與輸入計(jì)時(shí)器7連接；
行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)4與輸入計(jì)時(shí)器7安裝在測(cè)量桿13上，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5與放置在支架平臺(tái)I上的巖石試樣8相配合。
[0011]直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5中，推桿9一端連接的觸頭14與動(dòng)斷觸點(diǎn)12和動(dòng)合觸點(diǎn)11相配合，推桿9內(nèi)設(shè)置有彈簧10，推桿9與巖石試樣8相配合。
[0012]支架平臺(tái)I由可伸縮的支腳1-1和安裝在支腳1-1上的水平平臺(tái)1-2組成。
[0013]實(shí)施例二
一種利用上述裝置進(jìn)行巖石試樣表面粗糙度量化的方法，該方法包括以下步驟:
步驟1:將巖石試樣8固定到支架平臺(tái)I上；
步驟2:打開(kāi)行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)4，以某一恒定速率控制直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5在垂直方向上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5的推桿9觸碰到巖石試樣8表面后控制動(dòng)合觸點(diǎn)11、動(dòng)斷觸點(diǎn)12相互切換，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5往下運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)光電門(mén)6，其中光電門(mén)6是一個(gè)像門(mén)樣的裝置，一邊安裝發(fā)光裝置，一邊安裝接收裝置并與輸入計(jì)時(shí)器7連接，根據(jù)直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5運(yùn)行速率以及輸入計(jì)時(shí)器7記錄時(shí)間，計(jì)算可得直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5z軸移動(dòng)距離=X ;
步驟3:待直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5垂直向下、往返向上運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期完成時(shí)，間歇停止5秒鐘；步驟4:在停止5秒鐘期間內(nèi)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)2控制測(cè)量桿13以0.5毫米/秒的速率向前運(yùn)行2秒鐘，重復(fù)上述步驟2，測(cè)量直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5下一個(gè)z軸移動(dòng)距離； 步驟5:重復(fù)上述步驟3-4，直至完成整個(gè)巖石試樣8表面的測(cè)量，得到3維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(x，y，z);
步驟6:將步驟5得到的3維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(x，y，z)通過(guò)cad軟件導(dǎo)入生成巖石試樣3維表面形態(tài)，通過(guò)3D打印技術(shù)，在模型試驗(yàn)中，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)理面真實(shí)模擬;并通過(guò)ansys軟件蒙皮技術(shù)進(jìn)行有限元模型建立和計(jì)算，建立節(jié)理面的三維數(shù)值模型，
從而實(shí)現(xiàn)巖石試樣表面粗糙度的量化。
[0014]對(duì)邊長(zhǎng)100毫米X100毫米的巖石試樣8，要求達(dá)到每I毫米網(wǎng)格的精度，就需要進(jìn)行10000次測(cè)量。為了提高效率，可以在測(cè)量桿13上再增加9個(gè)直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)5，采用行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)4并行控制每個(gè)直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)，并且增加每個(gè)周期間歇時(shí)間，實(shí)現(xiàn)先完成量測(cè)的行程開(kāi)關(guān)等待未完成的行程開(kāi)關(guān)。
[0015]以上實(shí)施方式只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變化或修飾均涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置，包括支架平臺(tái)(I)，支架平臺(tái)(I)上安裝有小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(2)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(2)上通過(guò)螺栓(3)固定安裝有測(cè)量桿(13)，其特征在于:測(cè)量桿(13)下端安裝有至少一個(gè)直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)與行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)(4)電連接，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)下方安裝有光電門(mén)(6)，光電門(mén)(6)與輸入計(jì)時(shí)器(7)連接; 行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)(4)與輸入計(jì)時(shí)器(7)安裝在測(cè)量桿(13)上，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)與放置在支架平臺(tái)(I)上的巖石試樣(8)相配合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置，其特征在于:直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)中，推桿(9)一端連接的觸頭(14)與動(dòng)斷觸點(diǎn)(12)和動(dòng)合觸點(diǎn)(11)相配合，推桿(9)內(nèi)設(shè)置有彈簧(10)，推桿(9)與巖石試樣(8)相配合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石試樣表面粗糙度量化裝置，其特征在于:支架平臺(tái)(I)由可伸縮的支腳(1-1)和安裝在支腳(1-1)上的水平平臺(tái)(1-2)組成。4.一種利用上述權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行巖石試樣表面粗糙度量化的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟1:將巖石試樣(8)固定到支架平臺(tái)(I)上； 步驟2:打開(kāi)行程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)(4)，以某一恒定速率控制直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)在垂直方向上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)的推桿(9)觸碰到巖石試樣(8)表面后控制動(dòng)合觸點(diǎn)(11)、動(dòng)斷觸點(diǎn)(12)相互切換，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)往下運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)光電門(mén)(6)，其中光電門(mén)(6)是一個(gè)像門(mén)樣的裝置，一邊安裝發(fā)光裝置，一邊安裝接收裝置并與輸入計(jì)時(shí)器(7)連接，根據(jù)直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)運(yùn)行速率以及輸入計(jì)時(shí)器(7)記錄時(shí)間，計(jì)算可得直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)z軸移動(dòng)距離=X; 步驟3:待直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)垂直向下、往返向上運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期完成時(shí)，間歇停止5秒鐘； 步驟4:在停止5秒鐘期間內(nèi)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(2)控制測(cè)量桿(13)以0.5毫米/秒的速率向前運(yùn)行2秒鐘，重復(fù)上述步驟2，測(cè)量直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)(5)下一個(gè)z軸移動(dòng)距離； 步驟5:重復(fù)上述步驟3-4，直至完成整個(gè)巖石試樣(8)表面的測(cè)量，得到3維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(x，y，z)； 步驟6:將步驟5得到的3維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(x，y，z)通過(guò)cad軟件導(dǎo)入生成巖石試樣3維表面形態(tài)，并通過(guò)ansys軟件蒙皮技術(shù)進(jìn)行有限元模型建立和計(jì)算，建立節(jié)理面的三維數(shù)值模型，從而實(shí)現(xiàn)巖石試樣表面粗糙度的量化。
【文檔編號(hào)】G01B11/30GK106017368SQ201610593456
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月26日
【發(fā)明人】鄧華鋒, 李春波, 李建林, 常德龍, 胡安龍, 王哲, 占寬, 葛振凌, 雷濤, 占世源
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)