一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置及使用方法

技术领域

本发明涉及岩土工程勘察领域中岩石单轴抗压强度试验的岩芯标准试件的制作过程，具体地说是一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置及使用方法。

背景技术

岩土工程勘察工作中遇到岩层时，为获取岩层的相关参数，除了进行现场试验外，主要是采集一定数量的岩石芯样送到实验室，由实验室对岩芯样进行加工制成满足试验要求的试样(试样分为饱和、干燥和天然状态)，然后进行各种试验工作，得到参数指标。其中岩石饱和单轴抗压强度指标是最重要的力学参数之一。目前国家及行业岩石试验规范对岩石单轴抗压强度试验试样尺寸要求为标准试样，即试样为圆柱体，直径为50mm，高度与直径比为2.0～2.5。

从野外钻取回来的岩石芯样直径和长度大小不一，实验室在进行岩石单轴抗压强度试验之前，首先要将野外钻取回来的原始岩石芯样通过钻石机、切石机、磨石机等切割、磨圆、打平制作成符合试验要求尺寸的试样，然后根据工程要求进行岩石单轴抗压强度试验。

传统的岩石切割等制样方式有以下缺点：1.岩石切割机只能切割岩芯长短，无法控制岩芯直径，所以实验室只能根据收到的岩芯样品，切割成1：1或者2：1的非标准岩芯试样进行试验，然后对试验结果采用经验公式转换成标准试件的结果。由于是非标准试件，影响了试验参数的准确性；2.岩石切割机在切割时，会长生大量粉尘，严重影响操作人员健康和周边环境；有些虽配置有喷水头，但由于切割时刀片旋转速度快，粉尘仍旧无法全部降落，残余粉尘仍旧会随刀片旋转气流飞向空气中；3.岩石切割机没有降噪措施，在切割时会发出很大的噪音，操作人员虽然备有耳塞，但是巨大的噪声还是严重影响听力，并对周边人员及环境造成很大的污染；4.岩石切割机一般为暴露操作，只在刀片周围有部分防护，另外切割时岩屑会四处飞溅，对操作人员的安全存在很大是隐患；5.岩石切割机切割过程中需要操作人员手握操作柄进行工作，费时费力；6.切割天然状态岩芯样和软岩类岩石如泥岩，切割时不宜使用喷水头，不能控制粉尘四处飞溅。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置及使用方法，既能满足不同试验条件下切割样品的要求，又能起到防尘降噪、减少对操作人员及环境产生危害的作用。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置，包括框架，所述框架上设置有水箱和控制柜，所述框架顶部安装有两组电动推杆，一组电动推杆连接第一盖板、切割电机和切割台，另一组电动推杆连接第二盖板、岩芯钻机和旋割台，所述水箱被分隔为大水箱和小水箱，一组电动推杆推动切割台和切割电机进入大水箱，所述第一盖板经推动后盖住大水箱，所述切割电机在大水箱内对放置于切割台上的岩芯样品进行标准长度的切割，另一组电动推杆推动旋割台进入小水箱，所述第二盖板经推动后盖住小水箱，所述岩芯电机在小水箱内对放置于旋割台上的岩芯样品进行标准直径的切割。

进一步的，所述切割电机底部连接有双叶刀片，所述双叶刀片由两个刀片组成，刀片的间距为标准岩样长度，所述切割电机下部设置有数个弹簧，所述弹簧与防护板连接。

进一步的，所述岩芯钻机下端连接岩芯刀头，所述岩芯刀头为标准直径的长筒型结构，顶端为齿型状。

进一步的，所述第一盖板和第二盖板上均设有刀片孔，用以容留双叶刀片和岩芯刀头在切割岩芯样品时的上下运动，所述防护板在切割时遮盖第一盖板上的刀片孔。

进一步的，所述切割台为长方形盘状结构，切割台中部设有切割岩芯样品的槽体，所述槽体上下底边向切割台外侧凸出，所述槽体内设有限位架、U型固定撑、U型滑块和旋固栓，所述U型固定撑固定于限位架内的一端，所述U型滑块设于限位架内，U型滑块一侧与旋固栓旋接，所述旋固栓通过旋转推动滑块在限位架内的前后滑动，所述槽体两侧设有长方形切割孔，用以容纳双叶刀片穿过。

进一步的，所述旋割台为矩形盘状结构，旋割台中部设有下凹的岩芯槽，所述旋割台内设有限位架、U型固定撑、U型滑块和旋固栓，所述U型固定撑固定于限位架内的一端，所述U型滑块设于限位架内，U型滑块一侧与旋固栓旋接，所述旋固栓通过旋转推动滑块在限位架内的前后滑动。

进一步的，所述水箱外侧设有进水口和出水口，所述水箱内侧设置有水位指示板和吸尘盘，所述吸尘盘与吸尘装置连接。

进一步的，所述控制柜里设置有电源控制箱和吸尘装置，所述控制柜上设置有控制面板，控制面板上设有数个开关，分别控制电动推杆、切割电机、岩芯钻机和吸尘装置的运行。

进一步的，所述控制柜底部装有万向轮。

另一方面，本发明还提供上述装置的使用方法，包括以下步骤：

将待切割的岩芯样品放入切割台上，转动旋固栓推动位于限位架中的U型滑块挤向岩芯样品，直到岩芯样品被固定在U型滑块和U型固定撑之间；

打开进水口，给水箱注水至水位指示板处；

启动电动推杆将装有原状岩芯样品的切割台推送至大水箱水面以下，与电动推杆连接的第一盖板封闭住大水箱的开口；

启动电动推杆，将切割电机推向水箱，切割电机底部的双叶刀片从第一盖板上的刀片孔进入大水箱内，通过弹簧连接切割电机的防护板封住刀片孔，密闭整个大水箱；

启动切割电机，完成标准长度岩芯样品的切割；

从切割台上取下岩芯样品，按前述步骤安装固定于旋割台上；

启动电动推杆将旋割台推送至小水箱水面下，与电动推杆连接的第二盖板封闭住小水箱的开口；

启动岩芯钻机下降开关，将带有岩芯刀头的岩芯钻机推向小水箱，岩芯刀头通过第二盖板上的刀片孔进入小水箱；

启动岩芯钻机，带动岩芯刀头高速旋转切入岩芯样品，当岩芯刀头进入岩芯槽时，切样完成；

然后取下切割完成的标准长度和直径的岩芯样品，整个制样工作结束。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、采用切割台组合和制样组合两种切割框架，可切割长度和直径都符合规范要求的标准试件，提高试验结果的准确性。

2、通过大小水箱在水中密闭制样，达到无尘化制样，并有效降低制样过程中产生的噪音和对周围人员及环境的影响。

3、对制作不能加水的天然岩芯样品及泥岩类岩芯样品，可开启吸尘装置吸收切割时的产生的粉尘，可有效防止粉尘对人身及环境造成的污染，达到高效、环保的效果。

4、通过电机和电动推杆控制双叶刀片和岩芯刀头的切割工作，节省了人力，提高了效率。

5、整个岩芯切割工作全程在密闭的箱体中进行，安全、可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置的正面图。

图2为本发明一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置的侧面图(岩芯管)。

图3为本发明一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置的侧面图(双叶刀片)。

图4为本发明水箱盖板的俯视图。

图5为本发明旋割台的俯视图。

图6为本发明切割台的俯视图。

图7为本发明一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置的剖面图。

图8为本发明一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置的水平剖面图。

图9为本发明水箱和控制柜剖面示意图。

图中包括：1-电动推杆组合；2-框架；3-固定杆；4-岩芯刀头；5-切割电机；6-防护板；7-弹簧；8-第二盖板；9-第一盖板；10-双叶刀片；11-旋割台；12-切割台；13-水位指示板，14-吸尘盘；15-进水口；16-出水口；17-开关组合；18-控制柜；19-门把手；20-柜门；21-万向轮；22-岩芯钻机；23-水箱；24-U型滑块；25-U型固定撑；26-旋固栓；27-岩样槽；28-双叶刀片孔；29-岩芯刀头孔；30-盖板连接垫；31-连接孔；32-限位架；33-切割孔；34-电源控制箱；35-吸尘控制箱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

如图1、图2和图3分别为一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置的正面示意图、岩芯管侧面图以及双叶刀片侧面图。如图所示，本发明的土工岩芯标准试件的切割装置包括框架2和支架3，框架2和支架3将电动推杆1、岩芯钻机22、切割电机5、水箱23和控制柜18连接成整体。

具体的，电动推杆1为多组。电动推杆1上分别连接有第二盖板8、第一盖板9、切割电机5，旋割台11和切割台12，用于控制其上下运动。需要说明的是，电动推杆1也可采用其他传动结构的传送杆，如油杆，液压杆等，在此不做限定。

具体的，岩芯钻机22嵌固在框架2上，下端旋接标准直径的岩芯刀头4，用于切割标准直径的岩芯样品。岩芯刀头4为标准直径的长筒型结构，顶端为齿型状，通过岩芯钻机22使岩芯刀头4高速旋转向下运动，快速旋割岩芯样品，完成岩芯标准试件的标注直径切割工作。

具体的，切割电机5底部连接双叶刀片10，其2个刀片间距为标准长度，用于切割标准长度的岩芯样品。切割电机5下部焊接4根弹簧7，并连接防护板6。当双叶刀片10进入水箱时，正好盖住水箱上盖板中间的刀片孔，形成密闭空间，可起到保护电机的作用。

如图8所示为本装置的水平剖面示意图，水箱23分为大小两个箱体，旋割台11位于左侧小箱体内，切割台12位于右侧大箱体内，吸尘盘14分布位于大小箱体内两侧，用于吸取粉尘。

图7为本装置的剖面图。如图7所示，水箱23位于控制柜18上，水箱23被分隔为大水箱和小水箱两个部分。电动推杆1推动切割台12和切割电机5进入大水箱，第一盖板9经推动后盖住大水箱，切割电机5在大水箱内对放置于切割台12上的岩芯样品进行标准长度的切割。电动推杆1推动旋割台11进入小水箱，第二盖板8经推动后盖住小水箱，岩芯电机22在小水箱内对放置于旋割11台上的岩芯样品进行标准直径的切割。

在本实施例中，水箱23两侧外部上下装有进水口15和出水口16，可对水箱23内注水和排水，用于水中切割制样。水箱23内部两侧上方还设有水位指示板13，用以控制注水高度。注水高度也可采用传感器其他方式进行检测，在此不做限定。

在本实例中，水箱23内部两侧上方设有的吸尘盘14，用以无水切割制样时吸取粉尘。如需在干燥制样，可在制样过程中全程开启吸尘装置，通过吸尘盘14回收制样过程中产生的所有粉尘。

如图9所示，控制柜18下部装有万向轮，可便于固定、移动和搬运。控制柜装有柜门20和门把手19，用于检修。控制柜面板上部设有开关组合17，用以控制整个装置的工作。控制柜18里放置电源控制箱和吸尘控制箱，连接面板上的开关组合17，分别控制电动推杆1、切割电机5、岩芯钻机22和吸尘装置的运行。其中电源线通过框架2和支杆3内的空腔连接进入控制柜18内的电源箱35内。

如图4所示为水箱盖板示意图，分为第一盖板9和第二盖板8，第二盖板8用于盖住小水箱23，其中第二盖板8中间留有圆形岩芯刀头孔29，用于岩芯刀头4上下旋动进入水箱23切割岩样。第一盖板9中间留有矩形双叶刀片孔28，用于双叶刀片10上下运动进出水箱切割岩样。

在本实施例中，第一盖板9和第二盖板8两侧采用盖板连接垫30与电动推杆1焊接。第一盖板9和第二盖板8也可采用其他方式与电动推杆1连接固定，在此不做限定。

如图5所示为旋割台组合示意图，该旋割台11为矩形盘状结构，两侧开有连接孔31，与电动推杆1连接。旋割台11中部设有下凹的岩芯槽27，用于岩芯刀头29旋割穿岩芯。旋割台11内设置U型固定撑25、U型滑块24、限位架32、旋固栓26。U型固定撑25固定于限位架内32的一端，所述U型滑块24设于限位架32内，U型滑块24一侧与旋固栓26旋接，旋固栓26通过旋转推动滑块24在限位架32内的前后滑动。

如图6所示为切割台组合示意图。切割台12为长方形盘状结构。切割台12两侧开有连接孔31，与电动推杆1连接。切割台12中部设有切割岩芯样品的槽体，槽体上下底边向切割台外侧凸出。槽体内设有限位架32、U型固定撑25、U型滑块24和旋固栓26。U型固定撑25固定于限位架32内的一端，U型滑块24设于限位架32内，U型滑块24一侧与旋固栓26旋接，旋固栓26通过旋转推动滑块24在限位架32内的前后滑动.槽体两侧设有长方形切割孔33，用以容纳双叶刀片穿过。

另一方面，本发明还提供了一种用于切割岩石标准岩芯试件的装置的使用方法，包括以下步骤：

开始试验前，先制动定万向轮21固定整个装置，将电动推杆1、岩芯钻机22、切割电机5、旋割台11和切割台12置于起始位置，把待切割的岩芯样品水平放入切割台11或垂直放入旋割台12上，即位于U型固定撑25和限位架32当中。此时扭动旋固栓26推动位于限位架32中间的U型滑块24挤向岩芯样品，直至岩芯样品紧紧被固定在U型滑块24和U型固定撑25之间。

当进行水下制样时，接通水源打开进水口15，给水箱23的大小两个箱体注水至水位指示板13处，准备工作完成。首先切割标准长度的岩芯样品，按下位于大水箱下的开关17，启动电动推杆1把装好原状岩芯样品的切割台12推送伸入水箱23大箱体水面以下待定位置停住，此时，焊接于电动推杆1上的第二水箱盖板9正好盖住水箱23的大箱体，然后按下开关17，启动电动推杆1，把固定在推杆下端带有双叶刀片10和弹簧7的切割电机5推向水箱23，当双叶刀片10从大水箱盖板9中间留有的刀片孔28进入大箱体内，并与岩芯样品接触时，连接与弹簧7下的防护盖板6正好封住刀片孔，密闭整个水箱，此时按下切割电机开关17，启动切割电机5，双叶刀片10在电动推杆1和电机5的控制下开始切割岩芯样品，当双叶刀片切断岩芯并进入切割孔33时，电动推杆1停止，此时标准长度的岩芯样品已切割完成，按下开关17，使各装置提升复位。取下切割好的标准长度岩芯样品按前述步骤安装固定于旋割台11上，开始切割标准直径的岩芯样品。按下小水箱下方的开关17，通过电动推杆1将切割台11推送伸入水箱23小箱体水面以下待定位置停住，此时焊接于电动推杆1上的第一水箱盖板9正好盖住水箱23的小箱体，然后按下岩芯钻机下降开关17，启动带有岩芯刀头4的岩芯钻机23向水箱推送，并把岩芯刀头从第一盖板9中间留有的岩芯刀头孔29推进小箱体内，此时小水箱盖板8、岩芯刀头4与小箱体组成一个密闭空间，此时启动岩芯钻机旋割开关17，带动岩芯刀头4高速旋切进入岩芯样品，当岩芯刀头进入岩芯槽27时，切样完成，按下开关17，各装置提升复位，然后取下切割完成的标准长度和直径的岩芯试件，留作后续试验，整个制样工作结束。

当需进行无水干燥制样时，省去注水环节，按前述步骤把旋割台11或切割台12送入水箱箱内，当双叶刀片10或岩芯刀头4开始切割或旋割岩芯样品时，按下吸尘器开关17，启动吸尘盘13，此时一边切割岩芯样品，一边吸取切割产生的粉尘。当切样完成并完全吸取完粉尘后，按下开关17，停止吸尘工作，并将各装置提升复位，然后取下切割完成的标准长度和直径的岩芯试件，留作后续试验，整个制样工作结束。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。