本發(fā)明涉及一種巖石試驗用巖芯預(yù)制節(jié)理切割機，屬巖石力學試驗技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

巖石作為地殼分布最為廣泛的天然材料，與采礦、水利、隧道、管廊等工程密切相關(guān)。巖石本身具有的非均質(zhì)性、各向異性給巖體工程研究帶來了極大的困難，盡管經(jīng)典力學推導(dǎo)了諸多的理論公式與本構(gòu)關(guān)系，但是面對構(gòu)造復(fù)雜的巖石以及多變的工程巖體材料仍顯得無能為力。僅僅依靠理論化的計算模型很難準確計算出巖石的力學參數(shù)，其計算結(jié)果往往與實際有很大差別，因此巖石力學試驗得到了迅速推廣和發(fā)展。

巖石之所以會發(fā)生非線性變形，原因就在于巖石內(nèi)部帶有天然微裂隙、節(jié)理或斷層，這些都會造成巖石在加載過程中出現(xiàn)微裂隙破裂，微裂隙破裂逐漸擴展發(fā)育成宏觀裂紋，最終貫通形成整體破壞面。帶節(jié)理裂隙巖體廣泛分布于地下巖層當中，其研究具有廣泛性，另外裂隙對巖石的變形、強度以及破壞情況具有極其重要的影響，因此，研究帶節(jié)理巖體的變形破壞過程有著深刻的意義。

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的大力推進，隧道開挖、地鐵修建、支護邊坡、礦山開采、水利樞紐、地下管廊等工程建設(shè)都離不開對于破碎巖體的學術(shù)研究和工程處理，因此，研究帶節(jié)理巖石在各種復(fù)雜條件作用下的力學性質(zhì)和破碎特性，深入了解帶節(jié)理巖石的破壞機理以及破壞過程當中裂紋發(fā)育真實狀況，能夠更科學、更有效地指導(dǎo)巖體工程實踐。不少學者對帶節(jié)理巖石做了大量研究，尤其是考慮預(yù)制裂紋長度、角度、位置對巖石的力學參數(shù)和變形特性影響的研究方面，但絕大多數(shù)集中在數(shù)值模擬方面，而試驗相對較少，原因在于試驗過程中帶節(jié)理巖樣制備較為復(fù)雜，成本較高，絕大多數(shù)制作帶角度裂隙巖樣的方法僅限于人工手持操作，這樣帶來了幾個顯著問題：(1)人工手持巖樣進行有角度切割存在極大的安全隱患；(2)人工操作容易產(chǎn)生角度、長度和位置偏差，影響試驗效果；(3)人工操作對巖石切割進速不易控制，過快容易導(dǎo)致刀片屈曲，既破壞巖樣，又帶來不安全因素?；谝陨蠁栴}給試驗帶來了極大的困難，以往常規(guī)巖石切割機難以實現(xiàn)。

目前，帶節(jié)理裂隙巖樣制備方面的相關(guān)專利如：

CN201520379930公開了一種制作軟巖組合節(jié)理的夾具，通過在套筒側(cè)壁上不同位置預(yù)設(shè)導(dǎo)槽，在試樣中與之平面節(jié)理。

CN201520031467.2公開了一種連續(xù)節(jié)理模塊模具箱，通過模具的上蓋以及鋼板制成的蓋盤和相應(yīng)插板在試樣中預(yù)制特定的平面接力與裂隙。

CN201420047107.7公開了一種制備預(yù)制有三維裂隙高脆性透明類巖石材料試件的模具，采用厚度為0.12mm的云母片進行平直節(jié)理面的預(yù)制。

CN201220173136.9公開了一種制作不同角度全貫穿裂隙類巖石材料標準試件的模具，通過在模具上設(shè)置導(dǎo)滑槽并利用薄鋼片對試樣預(yù)制不同角度的裂隙。

CN200910013928.2公開了一種用于制作類巖石的脆性材料及其試件預(yù)制裂隙的制備方法，利用聚醋薄膜、牛皮紙或金屬薄片對試樣的裂隙進行制作。

以上專利主要利用模具和裂隙片在相似材料試樣(類巖石)內(nèi)預(yù)制節(jié)理裂隙，但是對于專門制備帶節(jié)理裂隙真實巖樣的切割機設(shè)備幾乎沒有，尤其是對同時滿足真實巖樣節(jié)理裂隙的角度、長度以及位置精度要求的巖石切割機更是少之又少。

鑒于此，本發(fā)明人對上述問題進行深入的研究，遂有本案產(chǎn)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡易、能夠滿足真實巖樣節(jié)理裂隙的角度、長度以及位置精度要求的巖石切割機。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用這樣的技術(shù)方案：

一種巖石試驗用巖芯預(yù)制節(jié)理切割機,包括機架、設(shè)置在機架上的工作臺、設(shè)置在工作臺上的切刀以及用帶動切刀轉(zhuǎn)動和移動的傳動機構(gòu)，還包括支撐承臺，支撐承臺以可沿工作臺長度或者寬度方向移動的方式設(shè)置在工作臺上，在工作臺上設(shè)有沿工作臺的長度或者寬度方向?qū)?yīng)設(shè)置的進深刻度尺，支撐承臺上設(shè)有圓刻度盤，還包括可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在支撐承臺上的夾具軌道，夾具軌道上設(shè)有可沿夾具軌道的長度方向移動調(diào)整的第一夾具和第二夾具，第一夾具與第二夾具之間形成用以夾持巖樣的夾持空間。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述支撐承臺為圓形承臺，在所述支撐承臺的周沿設(shè)有環(huán)形凸緣，環(huán)形凸緣上設(shè)有沿環(huán)狀凸緣周向設(shè)置的條形槽，條形槽從環(huán)狀凸緣的外壁貫穿至內(nèi)壁，所述第一夾具上固定有第一調(diào)節(jié)螺桿，第一調(diào)節(jié)螺桿從條形槽的內(nèi)側(cè)貫穿至外側(cè)并在外側(cè)配設(shè)有第一緊固螺母。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述第一夾具靠近所述第二夾具的一側(cè)設(shè)有活動塊，在所述第一夾具上設(shè)有第二調(diào)節(jié)螺桿，第二調(diào)節(jié)螺桿的一端固定在活動塊上，另一端從所述第一夾具的內(nèi)側(cè)貫穿至外側(cè)并在外側(cè)配設(shè)有第二緊固螺母。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述夾具軌道上設(shè)有沿所述夾具軌道長度方向設(shè)置的滑槽，所述第一夾具上設(shè)有可在滑槽中滑動的第一滑塊，所述第二夾具上設(shè)有可在滑槽中滑動的第二滑塊，還包括用以實現(xiàn)所述第二夾具定位的定位機構(gòu)，定位機構(gòu)包括第一調(diào)整槽、第二調(diào)整槽、可滑動地配設(shè)在第一調(diào)整槽中的第一螺栓、可滑動地配設(shè)在第二調(diào)整槽中的第二螺栓、配設(shè)在第一螺栓上的第一調(diào)整螺母以及配設(shè)在第二螺栓上的第二調(diào)整螺母，第一調(diào)整槽和第二調(diào)整槽分設(shè)在滑槽的兩側(cè)且沿滑槽的長度方向開設(shè)，第一調(diào)整槽和第二調(diào)整槽均與滑槽連通，第一螺栓和第二螺栓均連接在所述第二滑塊上。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述支撐承臺上設(shè)有環(huán)形滑槽，所述夾具軌道上設(shè)有可在環(huán)形滑槽中滑動的第三滑塊，環(huán)形滑槽與所述支撐承臺同心設(shè)置。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述圓形承臺包括對稱設(shè)置的第一半圓臺和第二半圓臺，第一半圓臺與第二半圓臺之間形成供所述切刀穿過的切刀槽，所述夾具軌道包括第一夾具軌道段和第二夾具軌道段，第一夾具軌道段與第二夾具軌道段之間形成供所述切刀穿過的空間，第一夾具軌道段與第二夾具軌道段通過U形連接件連接在一起。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述第一半圓臺的下端設(shè)有第一滾輪組，所述第二半圓臺的下端設(shè)有第二滾輪組，所述工作臺對應(yīng)第一滾輪組設(shè)有第一滾輪槽，所述工作臺上對應(yīng)第二滾輪組設(shè)有第二滾輪槽，在第一滾輪槽中配合有多個用以實現(xiàn)所述第一半圓臺定位的第一阻尼塊，第一阻尼塊以可取放的方式放置在第一滾輪槽中，在第二滾輪槽中配設(shè)有多個用以實現(xiàn)所述第二半圓臺定位的第二阻尼塊，第二阻尼塊以可取放的方式放置在第二滾輪槽中。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述傳動機構(gòu)包括驅(qū)動電機和絲桿電機，絲桿電機安裝在所述機架上，絲桿電機的輸出軸連接有沿豎直方向設(shè)置的絲桿，絲桿上配合有絲桿螺母，絲桿螺母上連接有安裝塊，驅(qū)動電機安裝在安裝塊上，在所述機架上設(shè)有導(dǎo)向桿，安裝塊可轉(zhuǎn)動地套設(shè)在導(dǎo)向桿中，所述切刀連接在驅(qū)動電機的輸出軸上。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，還包括用以實現(xiàn)所述切刀冷卻的冷卻水管，冷卻水管對應(yīng)所述切刀設(shè)置。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述第一夾具上設(shè)有用以支撐所述巖樣的第一支撐座，所述第二夾具上設(shè)有用以支撐巖樣的第二支撐座，所述切刀為金剛石切片，直徑20cm，厚度0.5mm。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案后，能夠滿足巖石力學試驗對于帶預(yù)制裂紋巖石制備的要求，最大的特色在于能夠同時滿足預(yù)制裂紋的不同角度、長度以及位置等要求，摒棄以往靠人工手持操作制備帶裂隙巖石的傳統(tǒng)形式，其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，便于推廣到室內(nèi)巖石力學試驗巖樣制備領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A向的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中B向的結(jié)構(gòu)示意圖(其中切刀以及傳動機構(gòu)未示出)；

圖中：

10-機架 20-工作臺

21-第一滾輪槽 22-第二滾輪槽

23-第一阻尼塊 24-第二阻尼塊

25-第一滾輪組 26-第二滾輪組

30-切刀 31-罩殼

32-冷卻水管 33-驅(qū)動電機

34-絲桿電機 35-絲桿

36-導(dǎo)向桿 37-安裝塊

40-支撐承臺 41-第一半圓臺

42-第二半圓臺 43-進深刻度尺

44-切刀槽 45-圓刻度盤

46-環(huán)形滑槽 47-環(huán)狀凸緣

48-條形槽 50-夾具軌道

51-第一夾具軌道段 52-第二夾具軌道段

53-滑槽 54-連接件

541-第三滑塊 5411-第一連接塊

5412-第二連接塊 61-第一夾具

611-第一滑塊 612-第一支撐座

62-第二夾具 621-第二滑塊

622-第一螺栓 623-第二螺栓

624-第二支撐座 70-巖樣

81-第一調(diào)整螺桿 82-第一調(diào)整螺母

83-第二調(diào)整螺桿 84-第二調(diào)整螺母

85-活動塊

具體實施方式

為了進一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖進行詳細闡述。

參照圖1至圖3，一種巖石試驗用巖芯預(yù)制節(jié)理切割機,包括機架10、設(shè)置在機架10上的工作臺20、設(shè)置在工作臺20上的切刀30以及用帶動切刀30轉(zhuǎn)動和移動的傳動機構(gòu)。本發(fā)明還包括支撐承臺40，支撐承臺40以可沿工作臺長度或者寬度方向移動的方式設(shè)置在工作臺20上，在工作臺20上設(shè)有沿工作臺20的長度或者寬度方向?qū)?yīng)設(shè)置的進深刻度尺43，通過進深刻度尺43從而改變切刀30的切割進深，實現(xiàn)不同長度預(yù)制裂紋巖樣的制備過程。支撐承臺40上設(shè)有圓刻度盤45，還包括可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在支撐承臺40上的夾具軌道50，夾具軌道50對應(yīng)圓盤克服45設(shè)置，通過調(diào)整夾具軌道50在圓刻度盤45的位置，實現(xiàn)巖樣70切割角度的調(diào)整。夾具軌道50上設(shè)有可沿夾具軌道50的長度方向移動調(diào)整的第一夾具61和第二夾具62，第一夾具61與第二夾具62之間形成用以夾持巖樣70的夾持空間，實現(xiàn)巖樣70滿足不同位置的切割。將巖樣70放置在第一夾具61與第二夾具62之間，并定位后，對巖樣70進行切割。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述支撐承臺40為圓形承臺，在所述支撐承臺40的周沿設(shè)有環(huán)形凸緣47，環(huán)形凸緣47向上延伸，環(huán)形凸緣47上設(shè)有沿環(huán)狀凸緣47周向設(shè)置的條形槽48，條形槽48從環(huán)狀凸緣47的外壁貫穿至內(nèi)壁，所述第一夾具61上固定有第一調(diào)節(jié)螺桿81，第一調(diào)節(jié)螺桿81沿圓形承臺的徑向設(shè)置，第一調(diào)節(jié)螺桿81從條形槽48的內(nèi)側(cè)貫穿至外側(cè)并在外側(cè)配設(shè)有第一緊固螺母82。條形槽48的槽高小于第一緊固螺母82的外徑，通過旋動第一緊固螺母82，使得第一緊固螺母82抵靠在環(huán)狀凸緣47的外側(cè)，從而實現(xiàn)第一夾具61的定位，在實施例中，第一調(diào)節(jié)螺桿81為兩根，兩根第一調(diào)整螺桿81平行設(shè)置，每根第一調(diào)節(jié)螺桿81上均設(shè)置有第一調(diào)節(jié)螺母82。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述第一夾具61靠近所述第二夾具62的一側(cè)設(shè)有活動塊85，在所述第一夾具61上設(shè)有第二調(diào)節(jié)螺桿83，第二調(diào)節(jié)螺桿83的一端固定在活動塊85上，另一端從所述第一夾具61的內(nèi)側(cè)貫穿至外側(cè)并在外側(cè)配設(shè)有第二緊固螺母84。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述夾具軌道50上設(shè)有沿所述夾具軌道50長度方向設(shè)置的滑槽53，所述第一夾具61上設(shè)有可在滑槽53中滑動的第一滑塊611，在實施例中，滑槽53為倒“T”形滑槽，所述第二夾具62上設(shè)有可在滑槽53中滑動的第二滑塊621，第一滑塊611和第二滑塊621均為倒“T”形滑塊。本發(fā)明還包括用以實現(xiàn)所述第二夾具62定位的定位機構(gòu)，定位機構(gòu)包括第一調(diào)整槽、第二調(diào)整槽、可滑動地配設(shè)在第一調(diào)整槽中的第一螺栓622、可滑動地配設(shè)在第二調(diào)整槽中的第二螺栓623、配設(shè)在第一螺栓622上的第一調(diào)整螺母以及配設(shè)在第二螺栓623上的第二調(diào)整螺母，第一調(diào)整槽和第二調(diào)整槽分設(shè)在滑槽53的兩側(cè)且沿滑槽53的長度方向開設(shè)，第一調(diào)整槽和第二調(diào)整槽均與滑槽53連通，第一螺栓622和第二螺栓623均連接在所述第二滑塊621上。第一螺栓622和第二螺栓623分設(shè)在滑槽53的兩側(cè)且均滑槽53垂直設(shè)置，第一調(diào)整槽的槽高小于第一調(diào)整螺母的外徑，第二調(diào)整槽的槽高小于第二調(diào)整螺母的外徑，且第一螺栓621可以在第一調(diào)整槽中滑動，第二螺栓可以在第二調(diào)整槽中滑動，需要定位時，通過擰緊第一調(diào)整螺母和第二調(diào)整螺母，使得第一調(diào)整螺母和第二調(diào)整螺母分別抵靠在夾具軌道50的兩側(cè)，實現(xiàn)第二滑塊621的定位，從而實現(xiàn)第二夾具62的定位。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述支撐承臺40上設(shè)有環(huán)形滑槽46，所述夾具軌道50上設(shè)有可在環(huán)形滑槽46中滑動的第三滑塊541，第三滑塊541包括設(shè)置在第一夾具軌道段51上的第一連接塊5411與設(shè)置在第二夾具軌道段52的第二連接塊5412，環(huán)形滑槽46與所述支撐承臺40同心設(shè)置。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述圓形承臺包括對稱設(shè)置的第一半圓臺41和第二半圓臺42，第一半圓臺41與第二半圓臺42之間形成供所述切刀30穿過的切刀槽44，所述夾具軌道50包括第一夾具軌道段51和第二夾具軌道段52，第一夾具軌道段51與第二夾具軌道段52之間形成供所述切刀30穿過的空間，第一夾具軌道段51與第二夾具軌道段52通過U形連接件54連接在一起。采用這種結(jié)構(gòu)，切刀30可以依次經(jīng)過巖樣70、第一夾具軌道段51與第二夾具軌道段52之間形成的空間以及切刀槽44，將巖樣切斷。在實施例中，U形連接件54設(shè)置在夾具軌道50的下方，具體可以在環(huán)形滑槽46中開設(shè)環(huán)形通槽，環(huán)形通槽貫穿至支撐承臺40的下端面，U形連接件54的兩自由端分別固定在第一夾具軌道段51的下端和第二夾具軌道段52的下端，且U形連接件54從環(huán)形通槽中穿過，夾具軌道50在支撐承臺40上轉(zhuǎn)動時，U形連接件54在環(huán)形通槽中滑動，通過設(shè)置U形連接件54實現(xiàn)第一夾具軌道段51和第二夾具軌道段52的同步轉(zhuǎn)動，同時又能保證切刀30順利切斷巖樣70。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述第一半圓臺41的下端設(shè)有第一滾輪組25，所述第二半圓臺42的下端設(shè)有第二滾輪組26，所述工作臺20對應(yīng)第一滾輪組25設(shè)有第一滾輪槽21，所述工作臺20上對應(yīng)第二滾輪組26設(shè)有第二滾輪槽22，在第一滾輪槽21中配合有多個用以實現(xiàn)所述第一半圓臺41定位的第一阻尼塊23，第一阻尼塊23以可取放的方式放置在第一滾輪槽21中，在第二滾輪槽22中配設(shè)有多個用以實現(xiàn)所述第二半圓臺42定位的第二阻尼塊24，第二阻尼塊24以可取放的方式放置在第二滾輪槽21中。采用這種結(jié)構(gòu)，利用支撐承臺40自身重量以及第一阻尼塊23和第二阻尼塊24在第一滾輪槽21和第二滾輪槽22產(chǎn)生的阻力，避免在巖樣70切割過程中，支撐承臺40的滑動。第一阻尼塊23和第二阻尼塊24可以直接采用具有一定摩擦力的彈性橡膠塊，其直接卡設(shè)在第一滾輪槽21和第二滾輪槽22中，在實施例中，第一半圓臺41的兩側(cè)設(shè)有兩塊第一阻尼塊23，第二半圓臺42的兩側(cè)設(shè)有兩塊第二阻尼塊24，需要進行支撐承臺40調(diào)整時，將第一阻尼塊23和第二阻尼塊24取出，需要定位時將第一阻尼塊23和第二阻尼塊24取出分別放置到第一滾輪槽21和第二滾輪槽22中。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述傳動機構(gòu)包括驅(qū)動電機33和絲桿電機34，絲桿電機34安裝在所述機架10上，絲桿電機34的輸出軸連接有沿豎直方向設(shè)置的絲桿35，絲桿35上配合有絲桿螺母，絲桿螺母上連接有安裝塊37，驅(qū)動電機34安裝在安裝塊37上，在所述機架10上設(shè)有導(dǎo)向桿36，安裝塊37可轉(zhuǎn)動地套設(shè)在導(dǎo)向桿36中，在實施例中，導(dǎo)向桿36為兩根，所述切刀30連接在驅(qū)動電機33的輸出軸上。采用這種結(jié)構(gòu)，通過絲桿電機34帶動驅(qū)動電機33上下移動，通過驅(qū)動電機33帶動切刀30轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)巖樣70的切割。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，還包括用以實現(xiàn)所述切刀30冷卻的冷卻水管32，冷卻水管32對應(yīng)所述切刀30設(shè)置，在切刀30外對應(yīng)設(shè)有罩殼31，冷卻水管32安裝在罩殼31上。通過冷卻水管32實現(xiàn)切刀30的冷卻，同時實現(xiàn)對巖樣70的清洗，在實施例中，冷卻水管32主要以自來水供水形式冷卻，采用塑性軟管。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述第一夾具61上設(shè)有用以支撐所述巖樣70的第一支撐座612，第一支撐座612朝向第二夾具62延伸，第二夾具62上設(shè)有用以支撐巖樣70的第二支撐座624，第二支撐座624朝向第一夾具61延伸,通過第一支撐座612和第二支撐座624實現(xiàn)對應(yīng)巖樣70的夾抱。

本發(fā)明的巖石試驗用巖芯預(yù)制節(jié)理切割機在原有自動巖石切割機的基礎(chǔ)上加了圓盤承臺以及進深刻度尺，同時增加了夾具軌道180°雙向旋轉(zhuǎn)、第一夾具61和第二夾具62平移的設(shè)計方案。機架10以多種鋼材為主焊接而成，刀片為金剛石切片，規(guī)格為直徑20cm，厚度0.5mm的細刀片，切刀30進給軌跡為自上而下。本發(fā)明采用頂壓法固定巖樣，整機采用兩臺電機，由控制臺集中控制，驅(qū)動電機采用電磁調(diào)速電機，通過給定電位器，對電機實現(xiàn)寬范圍無極調(diào)整。本發(fā)明以切刀30移動、支撐承臺40固定的工作方式進行工作，與傳統(tǒng)巖石切割機相比，其能夠滿足真實巖樣節(jié)理裂隙的角度、長度以及位置精度要求。

本發(fā)明的產(chǎn)品形式并非限于本案圖示和實施例，任何人對其進行類似思路的適當變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。