專利名稱：一種洞室內(nèi)開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開了 一種洞室內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器，更具體涉及一種用于巖土 工程地下隧洞或洞室領(lǐng)域內(nèi)堅(jiān)硬巖層中較薄錯(cuò)動(dòng)帶軟弱巖體的靜壓式原位取樣裝置，用于 減少和避免取樣作業(yè)對(duì)軟弱巖體的擾動(dòng)和破壞。
背景技術(shù)：
受我國(guó)復(fù)雜的工程地質(zhì)條件制約，水電、交通、能源、國(guó)防等重大基礎(chǔ)性巖土工程 建設(shè)，如西部水電開發(fā)、南水北調(diào)、石油/天然氣開采、戰(zhàn)略能源儲(chǔ)存、放射性廢料與CO2的 地下封層、地下軍工掩體工程等，都涉及硬巖地層中含有較薄的錯(cuò)動(dòng)帶軟弱巖體這一特殊 地質(zhì)現(xiàn)象。由于其復(fù)雜的剪切錯(cuò)動(dòng)歷史和極低的力學(xué)強(qiáng)度，工程實(shí)踐和理論分析都表明，硬 巖中的錯(cuò)動(dòng)帶軟弱巖體(軟巖)是影響地下工程安全的控制性因素。故，硬巖中錯(cuò)動(dòng)帶軟 巖力學(xué)性質(zhì)研究實(shí)際上是西部眾多地下工程建設(shè)的難點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題之一。然而，現(xiàn)有關(guān)于 錯(cuò)動(dòng)帶軟弱巖體的力學(xué)特性和工程特性研究還相當(dāng)有限?？偟膩?lái)看，硬巖中薄層錯(cuò)動(dòng)帶軟巖取樣困難和取樣作業(yè)對(duì)軟巖擾動(dòng)過(guò)大是制約期 力學(xué)性質(zhì)研究的關(guān)鍵因素之一。這主要是因?yàn)橐环矫鎸?shí)驗(yàn)室內(nèi)擾動(dòng)強(qiáng)烈的軟弱巖樣試驗(yàn) 研究結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確真實(shí)地反映工程現(xiàn)場(chǎng)軟弱巖樣的原狀特性；另一方面野外作業(yè)條件簡(jiǎn) 陋，現(xiàn)場(chǎng)錯(cuò)動(dòng)帶軟巖原位試驗(yàn)無(wú)法做到也不可能做到精細(xì)，從而限制了軟巖巖體原位試驗(yàn) 的精度和系統(tǒng)性。實(shí)際上，目前國(guó)內(nèi)外已研發(fā)的相關(guān)巖體或土體取樣器或裝置都難以滿足 地下工程中硬巖中薄層錯(cuò)動(dòng)帶軟巖的取樣要求(1)現(xiàn)有取樣器通常針對(duì)采取面積較大的硬巖、軟土或散體等某一具體較均質(zhì)的 巖土體，無(wú)法滿足硬巖中厚度通常只有10 20cm的錯(cuò)動(dòng)帶軟巖這一特殊的復(fù)合巖層取樣 條件；(2)現(xiàn)有的取樣器多為旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或沖擊壓入，因而無(wú)法避免旋轉(zhuǎn)扭力和沖擊力對(duì) 軟弱巖體的動(dòng)力擾動(dòng)；(3)現(xiàn)有的取樣器多為整體圓桶式結(jié)構(gòu)，采取巖體或土體試樣后還需要通過(guò)外力 將巖體或土體試樣從圓桶中擠出，存在對(duì)試樣的二次擾動(dòng)，而少數(shù)兩瓣式或破碎式的取樣 器要么對(duì)試樣產(chǎn)生破壞性的擾動(dòng)，要么無(wú)法承受環(huán)向擠壓應(yīng)力；(4)現(xiàn)有的取樣器均沒(méi)有考慮硬巖中錯(cuò)動(dòng)帶原位取樣時(shí)存在約IOMPa級(jí)的地應(yīng)力 這一實(shí)際情況。為此，硬巖地層中軟弱錯(cuò)動(dòng)帶取樣器不僅應(yīng)充分考慮到硬巖中薄層軟巖取樣這一 特殊復(fù)合巖層非均質(zhì)取樣條件，還應(yīng)考慮采取技術(shù)措施盡量減小采樣作業(yè)對(duì)軟弱錯(cuò)動(dòng)帶的 擾動(dòng)，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮現(xiàn)場(chǎng)巖體中較大地應(yīng)力對(duì)取樣器的影響。因此，開發(fā)出一種先進(jìn) 且簡(jiǎn)便的適合硬巖地層中薄層狀錯(cuò)動(dòng)帶軟巖的靜壓取樣器，克服現(xiàn)場(chǎng)硬巖中薄層錯(cuò)動(dòng)帶軟 巖取樣困難的難題就十分必要了。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述存在問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于現(xiàn)場(chǎng)洞室內(nèi)開合式錯(cuò)動(dòng) 帶軟巖靜壓取樣器。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的洞室內(nèi)開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器，取樣器由樣倉(cāng)，液壓千斤頂、后端支撐柱組 成，取樣器的樣倉(cāng)由前端刃靴、右半圓取樣桶、左半圓取樣桶，壓力帽罩構(gòu)成，前端刃靴為環(huán) 形中空結(jié)構(gòu)，前端刃靴端頭設(shè)置有楔形狀環(huán)形刃口，壓力帽罩底端面上設(shè)有連接座，在壓力 帽罩底端面上還開有便于樣倉(cāng)內(nèi)部氣體排出的排氣孔，右半圓取樣桶和左半圓取樣桶縱端 面外壁分別交錯(cuò)設(shè)有相互嚙合的傳力耳，傳力耳上分別開有同心孔，銷釘活動(dòng)地插入在傳 力耳上同心孔中，右半圓取樣桶和左半圓取樣桶形成圓桶狀，其兩端分別套裝在前端刃靴 和壓力帽罩內(nèi)，右半圓取樣桶與左半圓取樣桶和前端刃靴通過(guò)固定螺栓連接，右半圓取樣 桶與左半圓取樣桶和壓力帽罩通過(guò)固定螺栓連接，前端傳力柱通過(guò)連接螺栓連接在壓力帽 罩底端面的連接座上，前端刃靴的環(huán)形刃口直徑與右半圓取樣桶和左半圓取樣桶合成的圓 桶內(nèi)徑一致。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型改變了傳統(tǒng)的動(dòng)力取樣方式，可以通過(guò)液 壓千斤頂施加軸向靜壓力，并通過(guò)前端傳力柱和壓力帽罩傳遞軸向靜壓力，使得前端刃靴 擠入并分開硬巖中的錯(cuò)動(dòng)帶軟弱巖體，且通過(guò)銷釘鉸接的右半圓取樣桶和左半圓取樣桶可 以承受巖層地應(yīng)力對(duì)取樣器壁面的法向壓力和軟巖試樣的環(huán)向應(yīng)力膨脹力，可實(shí)現(xiàn)較高地 應(yīng)力環(huán)境(約10 20MPa地應(yīng)力)中無(wú)需開挖或旋轉(zhuǎn)情況下獲得用于實(shí)驗(yàn)室研究的錯(cuò)動(dòng) 帶軟巖試樣。該裝置結(jié)構(gòu)剛度大，可有效地減小和避免野外取樣施工對(duì)軟弱巖體試樣的擾 動(dòng)和破壞，實(shí)現(xiàn)硬巖中薄層軟巖的微擾動(dòng)取樣。

附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2 開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器的A-A剖面圖；附圖3 開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器的B-B剖面圖。附圖4 開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器的C-C剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1、附圖2、附圖3和附圖4，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器由前端刃靴1、右半圓取樣桶3、左半圓取樣桶8，壓 力帽罩5、固定螺栓4、固定螺栓9、銷釘7、連接螺栓6、前端傳力柱11、液壓千斤頂12和后 端支撐柱13構(gòu)成，、右半圓取樣桶3和左半圓取樣桶8分別設(shè)有對(duì)應(yīng)的傳力耳2，前端刃靴 1為環(huán)形中空結(jié)構(gòu)，且前端刃靴1前端開有約四十五度的楔形刃口，且前端刃靴1的刃口內(nèi) 徑與右半圓取樣桶3和左半圓取樣桶8合成的圓桶的內(nèi)徑一致，右半圓取樣桶3和左半圓 取樣桶8縱壁的傳力耳2相互嚙合，傳力耳2內(nèi)部開有直徑一樣的同心孔，方便銷釘7活動(dòng) 傳入或拔出，壓力帽罩5為一環(huán)形整體結(jié)構(gòu)，壓力帽罩5底端設(shè)有與前端傳力柱9連接的連 接座，且壓力帽罩5帶有一個(gè)排氣孔10，排氣孔的作用在于便于取樣器內(nèi)部的氣體排出，右 半圓取樣桶3和左半圓取樣桶8合成圓桶結(jié)構(gòu)，并通過(guò)兩支銷釘7和傳力耳2鉸接成可以自由打開和合上的開合結(jié)構(gòu)，前端刃靴1將右半取樣桶2和左半取樣桶8的外壁套入內(nèi)環(huán)， 并通過(guò)四個(gè)固定螺栓4固定，壓力帽罩5將右半取樣桶2和左半取樣桶8外壁套入內(nèi)環(huán)，并 通過(guò)四個(gè)固定螺栓9固定，壓力帽罩5和前端傳力柱11通過(guò)連接螺栓6活動(dòng)連接，前端傳 力柱11的中軸線位置對(duì)接液壓千斤頂12的前端，液壓千斤頂12的前端中心位置對(duì)接后端 支撐柱13。本本實(shí)用新型開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器具體使用按下列步驟進(jìn)行1)右半圓取樣桶3和左半圓取樣桶8對(duì)齊合成一圓桶狀，并在傳力耳2中插入銷 釘7;2)將前端刃靴1安裝于右半圓取樣桶3和左半圓取樣桶8上，并安裝固定螺栓9 ；3)將壓力帽罩5安裝于右半圓取樣桶3和左半圓取樣桶8上，并安裝固定螺栓4 ；4)將前端傳力柱11與壓力帽罩5的中心孔對(duì)接，并安裝連接螺栓6 ；5)沿前端傳力柱11中軸線方向，依次將液壓千斤頂12和多個(gè)后端支撐柱13對(duì) 接，使得后端傳力柱正好接觸到洞室的持力巖壁；6)通過(guò)液壓千斤頂沿裝置中軸線方向施加荷載，將取樣器緩慢擠入硬巖中的錯(cuò)動(dòng) 帶軟層內(nèi)部，直至取樣器的壓力帽罩5基本進(jìn)入軟層中；7)拔出取樣器，卸下固定螺栓4和固定螺栓9，抽出銷釘7，分開右半圓取樣桶3和 左半圓取樣桶8，取出錯(cuò)動(dòng)帶軟巖。
權(quán)利要求1.洞室內(nèi)開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器，包括取樣器的樣倉(cāng)，液壓千斤頂(12)、后端 支撐柱(13)，其特征在于取樣器的樣倉(cāng)由前端刃靴(1)、右半圓取樣桶(3)、左半圓取樣桶 (8)，壓力帽罩(5)構(gòu)成，前端刃靴(1)為環(huán)形中空結(jié)構(gòu)，前端刃靴(1)端頭設(shè)置有環(huán)形刃 口，壓力帽罩(5)底端面上設(shè)有連接座，在壓力帽罩(5)底端面上還開有排氣孔(10)，右半 圓取樣桶(3)和左半圓取樣桶(8)縱端面外壁分別設(shè)有相互嚙合的傳力耳(2)，傳力耳(2) 上分別開有同心孔，銷釘(7)活動(dòng)地插入在傳力耳(2)上同心孔中，右半圓取樣桶(3)和左 半圓取樣桶(8)形成圓桶狀，其兩端分別套裝在前端刃靴(1)和壓力帽罩(5)內(nèi)，右半圓取 樣桶(3)與左半圓取樣桶(8)和前端刃靴(1)通過(guò)固定螺栓(4)連接，右半圓取樣桶(3) 與左半圓取樣桶(8)和壓力帽罩(5)通過(guò)固定螺栓(9)連接，前端傳力柱(11)通過(guò)連接螺 栓(6)連接在壓力帽罩(5)底端面的連接座上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洞室內(nèi)開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器，其特征在于前端刃 靴(1)端部的環(huán)形刃口呈楔形狀，環(huán)形刃口直徑與右半圓取樣桶(3)和左半圓取樣桶(8) 合成的圓桶內(nèi)徑一致。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種洞室內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器，更具體涉及一種用于巖土工程地下隧洞或洞室領(lǐng)域內(nèi)堅(jiān)硬巖層中較薄錯(cuò)動(dòng)帶軟弱巖體的靜壓式原位取樣裝置，用于減少和避免取樣作業(yè)對(duì)軟弱巖體的擾動(dòng)和破壞。開合式錯(cuò)動(dòng)帶軟巖靜壓取樣器由前端刃靴(1)、帶傳力耳(2)的右半圓取樣桶(3)、帶傳力耳(2)的左半圓取樣桶(8)，壓力帽罩(5)、固定螺栓(4)、固定螺栓(9)、銷釘(7)、連接螺栓(6)、前端傳力柱(11)、液壓千斤頂(12)和后端支撐柱(13)構(gòu)成。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)較高地應(yīng)力環(huán)境中無(wú)需開挖或旋轉(zhuǎn)情況下獲得用于實(shí)驗(yàn)室研究的錯(cuò)動(dòng)帶軟巖試樣。
文檔編號(hào)E21B25/04GK201786300SQ20102027739
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者馮夏庭, 史存鵬, 徐鼎平, 江權(quán), 趙陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所