一种形状不规则岩样的围压加载方法

1.本发明涉及勘察领域土工试验用夹具，具体公开了一种形状不规则岩样的围压加载方法。


背景技术：

2.目前，不规则岩样的围压研究对于高能激光钻掘实验十分重要，但不规则岩样加载存在的问题在于，岩样本身形状对于激光钻掘实验研究十分重要，采用不恰当的加载方式对不规则岩样强行加压，会对岩样本身形状造成破坏，影响实验岩样样品质量和实验中的力学分析结果。
3.现有对于不规则岩样的处理方法通常是，利用施压装置对不规则岩样强行加压，或者是采用切割加工，对不规则岩样进行切割，得到形状规整的岩样样品，这样的方式破坏了岩样的原始形状，导致岩样的内部受力情况发生改变，与真实岩样形态不符，无法获取符合真实环境的试验数据。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对已有的技术现状现有技术中需要对不规则岩样进行切割，破坏岩样结构形态的问题，提供一种形状不规则岩样的围压加载方法，解决现有技术中需要难以对不规则岩样进行围压加载的问题对不规则岩样进行切割，破坏岩样结构的问题。
5.为达到以上目的，本发明采用一种形状不规则岩样的围压加载方法，其步骤如下：
6.s1、通过填充材料将原始岩样包裹成正六面体的待测岩样；
7.s2、将待测岩样放置于围压加载装置上，通过围压加载装置对待测岩样进行夹持；
8.s3、通过围压加载装置对待测岩样持续加载围压，直至施加到待测岩样上的围压达到预设压力；
9.s4、通过高能激光对待测岩样进行钻掘实验。
10.进一步地，在通过填充材料将原始岩样包裹成正六面体待测岩样的步骤之前，还包括，将原始岩样放置于模具中，填充所述液态填充材料，直至所述填充材料超过原始岩样的顶部；待所述填充材料和原始岩样结合，液态填充材料凝固后从模具中取出。
11.进一步地，所述填充材料为环氧树脂。
12.进一步地，所述围压加载装置包括中部交叉的第一滑槽和第二滑槽、托架以及第一施压托架和第二施压托架；所述第一滑槽和所述第二滑槽内均滚动有一根双向丝杠，其中一根所述双向丝杠高于另一根；一对所述第一施压托架滑动安装于所述第一滑槽内，且分别与位于所述第一滑槽内的所述双向丝杠的两端连接；一对所述第二施压托架滑动安装于所述第二滑槽内，且分别与位于所述第二滑槽内的所述双向丝杠的两端连接；所述托架固定于所述所述第一滑槽和第二滑槽的交叉处；驱动装置，所述驱动装置的输出端与所述双向丝杠的一端连接，供所述双向丝杠转动。
13.进一步地，所述第一滑槽和所述第二滑槽呈十字状垂直交叉，所述第二滑槽内还设置有垫板，所述支承座安装于所述垫板上。
14.进一步地，所述第一施压托架包括底座，所述底座的顶部固定有垫高块和固定于所述垫高块顶部的安装架，所述安装架上固定有施压板；所述第二施压托架包括底座，所述底座的顶部固定有所述安装架，所述安装架上固定有施压板。
15.进一步地，所述底座上贯穿有第一螺纹孔，所述双向丝杠与所述第一螺纹孔相适配。
16.进一步地，所述安装架上固定有凸起，所述施压板上设置有与所述凸起相互配合的凹槽。
17.进一步地，还包括试验台，所述试验台的顶部设置有矩形阵列的第二螺纹孔；所述滑动部的底部设置有与所述第二螺纹孔一一对应的通孔，所述滑动部设置在所述试验台上，所述第二螺纹孔与对应所述通孔通过螺栓固定。
18.进一步地，所述驱动装置为电机，所述电机的输出端通过联轴器与所述双向丝杠连接的一端连接，为所述双向丝杠提供转动扭矩
19.通过采用上述技术方案，将不规则岩样通过包裹的方式变成规则的正六面体岩样，通过围压加载装置能够实现岩样周侧均被夹持，每对对侧的施压板产生的反力互相抵消，在不破坏不规则岩样自身结构的情况下，也无需额外设置承担围压反力的固定装置，能够获得更加符合真实情况下的岩样围压实验数据。
20.与现有技术相比，本发明的优点在于：
21.1.本发明采用环氧树脂对不规则岩样进行包裹，与岩样周围面完全接触，在加载过程中将加载力充分专递给岩样表面，达到良好的围压加载效果，能够不破坏岩样自身结构，获得更加符合真实情况的实验数据；
22.2.围压加载装置在施压过程中，因为加载到岩样相对两侧的围压大小相等，且方向相反，能够使加载围压产生的反力相互抵消，无需额外设置一个承担围压加载反力的固定装置，减少外部装置对实验台的影响。
附图说明
23.图1为本发明的岩样与填充材料结合示意图；
24.图2为本发明的试验台的结构示意；
25.图3为本发明的滑动部结构示意图；
26.图4为本发明的双向丝杠结构示意图；
27.图5为本发明的第一施压板托架的结构示意图；
28.图6为本发明的第二施压板托架的结构示意图；
29.图7为本发明的施压板的结构示意图。
30.图中：
31.1、岩样；
32.2、试验台；21、第二螺纹孔；22、螺栓；
33.3、围压加载装置；311、第一滑槽；312、第二滑槽；313、双向丝杠；314、支承座；315、垫板；316、通孔；317、托架；318、第一施压托架；319、第二施压托架；320、底座；321、垫高块；
322、安装架；323、施压板；324、第一螺纹孔；325、凸起；326、凹槽。
具体实施方式
34.以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
35.参见图1所示，本发明实施例中，包括以下步骤：
36.本技术提供一种形状不规则岩样的围压加载方法，包括以下步骤：
37.s1、通过填充材料将原始岩样1包裹成正六面体待测岩样1。
38.在通过填充材料将原始岩样1包裹成正六面体待测岩样1的步骤之前，还包括，将原始岩样1放置于模具中，填充填充材料，直至填充材料超过原始岩样1的顶部；待填充材料和原始岩样1结合后从模具中取出。
39.填充材料为环氧树脂。用环氧树脂作为填充材料，环氧树脂在塑形前为液态，可将不规则的原始岩样1放置在设置好的正六面体模具中，后倒入液态环氧树脂，并完全包裹原始岩样1(如图1所示)。二者在模具中静置，等待环氧树脂完全凝固后，呈现为较高抗压强度的固体材料，脱模后即可得到一个由环氧树脂包裹的待测岩样1。
40.利用填充材料将不规则的岩样1包覆，使其形成规则的正六面体岩样1，这样可以不破坏岩样1的自身结构，使其在实验的时候，能够获得更符合岩样1自身原始状态的数据。
41.s2、将岩样1放置于围压加载装置3上，通过围压加载装置3对岩样1进行夹持并加载围压。
42.围压加载装置3包括相互垂直交叉的第一滑槽311和第二滑槽312，第一滑槽311和第二滑槽312的交叉处固定有托架317，第一滑槽311和第二滑槽312的两端均固定有支承座314，每个滑槽内的两个支承座314上滚动有一根双向丝杠313，其中第二滑槽312内还设置有垫板315，位于第二滑槽312内的两个支承座314固定于垫板315上，此时，位于第二滑槽312内的双向丝杠313高于位于第一滑槽311内的双向丝杠313。同时，第一滑槽311内的双向丝杠313两端分别连接一个第一施压托架318，第二滑槽312内的双向丝杠313两端分别连接一个第二施压托架319，第一施压托架318和第二施压托架319的通过双向丝杠313的转动在对应滑槽内移动；双向丝杠313的一端连接有驱动装置的输出端。
43.第一施压托架318和第二施压托架319的底部设置有贯穿的第一螺纹孔324，第一螺纹孔324与双向丝杠313相适配。
44.通过驱动装置驱动双向丝杠313，由于双向丝杠313两端的螺线旋向相反，且螺距相等，因此位于同一双向丝杠313两端的施压托架317能够进行相对且等速的移动，在双向丝杠313的转动下，一对第一施压托架318和一对第二施压托架319分别在第一滑槽311和第二滑槽312内进行相对移动，并最终贴紧正六面体岩样1的四个周侧，将岩样1固定在托架317上。
45.驱动装置为电机、燃机、油缸、液压马达等动力部件，通过一定的联动装置例如齿轮箱与双向丝杠313连接，本实施例中为电机，通过联轴器与双向丝杠313连接。应当注意的是，为了方便展示结构细节，在附图中将驱动装置略去，本领域技术人员可以根据需要将其设置在合理的位置。
46.s3、通过围压加载装置3持续加载围压，直至被施加到岩样1的围压达到预设压力。
47.第一施压托架318包括底座320，固定于底座320顶部的垫高块321和固定于垫高块
321顶部的安装架322，安装架322上固定有施压板323；第二施压托架319包括底座320，固定于底座320顶部的安装架322，安装架322上固定有施压板323；同时每个安装架322上都设置有凸起325，施压板323上设置有与凸起325对应的凹槽326。
48.可以通过选取适配岩样1周侧大小的施压板323，通过凹槽326和凸起325的配合固定在安装架322上，由于垫高块321的设置，使第一施压托架318上的施压板323和第二施压托架319上的施压板323的高度相等，夹持岩样1周侧的四个施压板323的高度和大小均相等，当岩样1收到围压加载时会产生与围压加载方向相反的反力，而因为岩样1周侧的围压大小、高度均相等，且岩样1相对两侧的围压方向相对，此时位于同一高度的大小相等的两股反力会相互抵消，不需要额外设置一个固定装置来承担围压产生的反力。
49.s4、通过高能激光对岩样1进行钻掘实验。
50.围压加载装置3还包括试验台2，试验台2上矩形阵列有第二螺纹孔21，第一滑槽311和第二滑槽312的两端底部均设置有与第二螺纹孔21相匹配的通孔316，第二螺纹孔21通过螺栓22与通孔316固定，将围压加载装置3固定在试验台2上。
51.通过选取与通孔316相对应的第二螺纹孔21的位置，能够自由调整位于试验台2上的围压加载装置3的位置和选取不同型号大小的围压加载装置3。
52.具体实验过程：
53.将不规则的岩样1放置于正六面体模具中，向正六面体模具中倾倒环氧树脂，直至环氧树脂没过岩样1，当环氧树脂完全包裹岩样1且凝固后，将岩样1取出然后放置到围压加载装置3的托架317上，然后通过驱动装置使双向丝杠313旋转，此时，同一双向丝杠313两端的一对施压托架317等速相对移动，直至贴合岩样1的周侧，持续驱动双向丝杠313旋转，通过施压托架317上的施压板323对岩样1加载围压到指定压力大小，停止驱动装置，通过高能激光对岩样1进行钻掘实验。
54.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
55.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。