一种用于岩石力学实验室内定角度钻取岩心的装置的制作方法

本发明涉及岩石力学实验技术领域，具体涉及一种用于岩石力学实验室内定角度钻取岩心的装置。

背景技术：

沉积岩约占陆地面积的75％，其广泛分布于地表。沉积岩在形成过程中，由于沉积环境的变化而引起沉积物矿物成分、颗粒大小、形状和颜色在沉积方向发生明显的分层现象，最终在岩石中形成层理构造，层理构造是层状岩石最明显的特征。这种具有层理构造的岩石称之为层状岩石，常见的层理岩石有层理砂岩、层理煤岩、层理页岩和层状大理岩。大量研究表明，层理相对于岩石基质为弱结构面，层理岩石在垂直层理和平行层理方向的岩石力学性质存在明显的各向特征。此外，在地质作用下层理岩石内部沿着层理也极易形成天然裂缝，从而降低岩石强度，可见层理结构的产状和强度对层理岩石的力学性质具有显著影响。因此，层理岩石的力学性质一直是岩石力学研究中关注的重要课题之一，为了科学地分析不同地条件下所形成的层理岩石的力学性质，有必要对不同层理角度下的岩石力学性质开展研究。室内岩石力学实验是研究岩石力学性质的重要手段，然而在制备具有一定层理角度岩心的过程中，由于岩石层理强度较弱，样品制备过程中容易开裂，且样品中层理角度的精度难以保证，那么如何高效、精确地在室内钻取带一定角度的岩心则成为岩石力学试验人员的困扰。

层理岩石的层理方向对所取岩心的物理力学性质存在明显的影响，为了分析层理角度对岩石物理力学性质的影响规律，试验前需要钻取不同层理角度的岩心。然而现阶段层理岩石定角度取心存在取心效率低，取心角度精度难以保证的现实问题。

技术实现要素：

本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种用于岩石力学实验室内定角度钻取岩心的装置。

本发明的技术方案是：一种用于岩石力学实验室内定角度钻取岩心的装置，包括底座部件、支架部件和侧向限位部件；

所述底座部件包括基座，所述基座顶面设置有贯通一对侧面的弧面凹槽，所述弧面凹槽的弧面上间隔设定角度依次设置有沿弧面轴线方向的限位卡槽；

所述支架部件包括由两段支架构成的角度支架，所述角度支架的两段支架呈一定夹角固定连接，所述角度支架的夹角顶点放置在所述基座的限位卡槽，所述角度支架的两端分别延伸至所述基座顶面；

所述侧向限位部件包括分设在所述基座两个贯通侧面的夹持臂，两个夹持臂的顶端之间通过紧固杆活动连接，并在每个夹持臂的中部分别设置有夹持件。

进一步地，所述基座的弧面凹槽的弧面上每隔15°设置一个沿弧面轴线方向的限位卡槽，在弧面上分别形成15°限位卡槽、30°限位卡槽、45°限位卡槽、60°限位卡槽、75°限位卡槽。

进一步地，所述支架部件包括45°角度支架、60°角度支架和75°角度支架，所述60°角度支架的夹角顶点放置在所述基座的30°或60°限位卡槽，所述75°角度支架的夹角顶点放置在所述基座的15°或75°限位卡槽。

进一步地，所述角度支架的两端均设置有紧固支架，所述紧固支架通过紧固螺母固定安装在所述基座的侧面。

进一步地，所述夹持臂由两根斜向夹持臂和一根横向夹持臂构成a型结构，两根斜向夹持臂的顶端与所述紧固杆连接，两根斜向夹持臂的底端分别与所述基座底部连接，两根斜向夹持臂的中端分别与所述横向夹持臂的两端连接，所述横向夹持臂的中端设置有所述夹持件。

进一步地，所述斜向夹持臂的顶端设置有所述紧固杆穿过的连接孔，所述紧固杆两端穿过所述连接孔并分别与第一紧固扳手活动连接。

进一步地，所述斜向夹持臂的底端设置有调节槽，斜向夹持臂的底端通过调节螺母穿过所述调节槽与所述基座底部活动连接。

进一步地，所述斜向夹持臂的中端、及横向夹持臂的两端均设置有调节槽，两根斜向夹持臂的中端过调节螺母穿过所述调节槽分别与所述横向夹持臂的两端活动连接。

进一步地，所述横向夹持臂的中端设置有与所述夹持件连接的调节孔，所述夹持件包括夹持球头及与所述夹持球头固定连接的调节杆，所述调节杆穿过所述调节孔并分别与第二紧固扳手活动连接。

本发明的有益效果是：本发明利用基座上的限位卡槽与具有一定角度的角度支架相配合，能够简单方便的钻取岩石力学实验过程中常用的层理角度岩心，弥补了通常以肉眼估计岩心角度而造成的随机性和差异性明显的缺陷；并且通过侧向限位部件可以依据岩心的形状和大小，在一定范围内调节夹持位置的夹持臂结构，该结构避免了常规钻床所配台钳上只能夹持外形规则岩样的缺陷。

附图说明

图1是本发明的用于岩石力学实验室内定角度钻取岩心的装置的主视图；

图2是本发明的用于岩石力学实验室内定角度钻取岩心的装置的俯视图；

图3是本发明的用于岩石力学实验室内定角度钻取岩心的装置的左视图；

图4是本发明实施例中取心角度与角度支架的关系示意图；

图5是本发明实施例中三个角度的角度支架示意图；

图6是本发明实施例中定角度取心示意图。

其中附图标记为：1、基座，2、限位卡槽，3、角度支架，4、调节槽，5、第一紧固扳手，6、夹持臂，7、第二紧固扳手，8、紧固螺母，9、调节螺母，10、夹持件，11、紧固杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，是本发明的用于岩石力学实验室内定角度钻取岩心的装置的三个视图；一种用于岩石力学实验室内定角度钻取岩心的装置，包括底座部件、支架部件和侧向限位部件；

所述底座部件包括基座1，所述基座1顶面设置有贯通一对侧面的弧面凹槽，所述弧面凹槽的弧面上间隔设定角度依次设置有沿弧面轴线方向的限位卡槽2；

所述支架部件包括由两段支架构成的角度支架3，所述角度支架3的两段支架呈一定夹角固定连接，所述角度支架3的夹角顶点放置在所述基座1的限位卡槽2，所述角度支架3的两端分别延伸至所述基座1顶面；

所述侧向限位部件包括分设在所述基座1两个贯通侧面的夹持臂6，两个夹持臂6的顶端之间通过紧固杆11活动连接，并在每个夹持臂6的中部分别设置有夹持件10。

在本发明的一个可选实施例中，上述底座用于支撑定向取心装置的其它附件以及在取心过程中放置待取心岩石试件，其可以采用铸铁材质，从而保证足够的重量和强度提供支撑力，保持在钻心过程中基座自身具有较好的稳定性。

如图4所示，上述底座包括立柱结构的基座1，基座1具体可以设置为长方体结构，在基座1顶面设置有贯通其两个相对侧面的弧面凹槽，该弧面上每隔15°设置一个沿弧面轴线方向的限位卡槽2，即在弧面上分别形成15°限位卡槽、30°限位卡槽、45°限位卡槽、60°限位卡槽、75°限位卡槽，从而可以将角度支架3的夹角顶点放置于限位卡槽2中，一方面防止在取心过程中角度支架3滑动，另一方面通过角度支架3给岩心提供支撑力。

在本发明的一个可选实施例中，上述支架部件包括由两段支架构成的角度支架3，所述角度支架3的两段支架呈一定夹角固定连接，支架具体由高强度角钢焊接成框架结构，从而保证所使用的钢材具有一定的刚度，防止岩心放置在支架上的，支架产生弯曲变形，同时也保证钻取岩心时不影响钻头工作；角度支架3的两端分别延伸至所述基座1顶面，使得支架两端平铺在基座1顶面上，从而提供更加稳定的支撑力。

上述支架部件包括三个不同角度的角度支架3，如图5所示，具体为45°角度支架、60°角度支架和75°角度支架，其中60°角度支架的夹角顶点放置在所述基座1的30°或60°限位卡槽，所述75°角度支架3的夹角顶点放置在所述基座1的15°或75°限位卡槽；由于用于钻取层理角度15°和75°岩心的角度支架3及用于钻取层理角度30°和60°岩心的角度支架3结构对称，因此只需其中的一个角度的角度支架3，使用时只需在钻取岩心过程中调换角度支架3安装方向便可达到以上角度之间的切换。

上述角度支架3的两端均设置有紧固支架，紧固支架设置为杆状结构，其垂直焊接在角度支架的两端，并紧贴基座侧面；紧固支架在角度支架3的两端分别设置为两个，并通过紧固螺母8固定安装在所述基座1的侧面，从而防止取心过程角度支架3晃动和翘曲。

本发明将角度支架3放置于基座1的弧形槽上，将角度支架3的夹角顶点放置于限位卡槽2中，限位卡槽2能防止角度支架3在钻取岩心过程中夹角顶点沿着弧面滑动，然后拧紧角度支架3上的四颗角度支架紧固螺母8，使得角度支架3和基座1能够紧固连接。本发明通过放置不同的角度支架3，使得层理岩心与钻头轴线呈不同的夹角，从而使普通钻床竖直钻进的钻头能够钻取不同层理角度的岩心，如图6所示。

本发明的角度支架3可以精确定角度钻取岩心，针对具有层理构造的岩石，角度支架3与基座1配合能够简单方便的钻取岩石力学实验过程中常用的层理角度岩心，弥补了通常以肉眼估计岩心角度而造成的随机性和差异性明显的缺陷。

在本发明的一个可选实施例中，上述侧向限位部件用于限制待钻取岩样的侧向滑动，其分别在基座1两个贯通侧面设置夹持臂6，两个夹持臂6的顶端之间通过紧固杆11活动连接，并在每个夹持臂6的中部分别设置有夹持件10。

上述夹持臂6采用高强度钢片制成，其由两根斜向夹持臂和一根横向夹持臂构成a字三角形结构，能保持在夹持岩心过程中夹持臂6的稳定性；两根斜向夹持臂的顶端均与所述紧固杆11连接，两根斜向夹持臂的底端分别与所述基座1底部连接，两根斜向夹持臂的中端分别与所述横向夹持臂的两端连接，所述横向夹持臂的中端设置有所述夹持件10。

上述斜向夹持臂的顶端设置有所述紧固杆11穿过的连接孔，所述紧固杆11具体采用紧固丝杆，其两端穿过两侧夹持臂6的连接孔并分别与两个第一紧固扳手5活动连接；在使用过程中首先调节好夹持臂6位置，然后将待钻取试样放置于岩心支架上，首先通过旋紧第一紧固扳手5，两个第一紧固扳手5顺着紧固丝杠向相对靠近的方向运动，紧固丝杠拉紧前后两边的夹持臂6以达到预夹持岩心试样的效果。

上述斜向夹持臂的底端设置有调节槽4，斜向夹持臂的底端通过调节螺母9穿过所述调节槽4与所述基座1底部活动连接；斜向夹持臂的中端、及横向夹持臂的两端同样均设置有调节槽4，两根斜向夹持臂的中端过调节螺母9穿过所述调节槽4分别与所述横向夹持臂的两端活动连接，这样可以方便在夹持岩心过程中根据岩心的实际大小调节夹持臂6的位置。

上述横向夹持臂的中端设置有与所述夹持件10连接的调节孔，所述夹持件10包括夹持球头及与所述夹持球头固定连接的调节杆，所述调节杆穿过所述调节孔并分别与第二紧固扳手7活动连接；在预夹持岩心后，通过旋紧第二紧固扳手7，使两边的夹持球头与岩心表面紧密接触，达到二次夹紧岩心防止岩心滑动的目的。

本发明的侧向限位部件可以依据岩心的形状和大小，在一定范围内调节夹持位置的夹持臂6结构，该结构避免了常规钻床所配台钳上只能夹持外形规则岩样的缺陷。

本发明需要多次反复检查第一紧固扳手5和第二紧固扳手7的松动情况，反复调节直到岩心试样与基座1和夹持臂6保持相对稳定不再滑动为止；取心完成后依次松开第二紧固扳手7，使夹持球头与岩心试样表面脱离，然后松开第一紧固扳手5，再取出岩心或者调解岩心位置，最后根据需求选择合适的角度支架3为下一岩心钻取做准备。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。