一种小尺寸岩石磨蚀性测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种小尺寸岩石磨蚀性测试装置及方法。该装置包括试样模具，所述试样模具由外壳体和内壳体组合构成；所述内壳体为方体结构，由支撑柱支撑；支撑柱位于外壳体底面中心，内壳体用于放置样品；所述内壳体侧壁与相对的外壳体侧壁之间连接有伸缩装置；伸缩装置通过伸缩可对试样侧面进行支撑。本发明专利技术可对天然矿物原石或软弱破碎岩石等尺寸不满足Cerchar标准试样要求的试样进行磨蚀性测试，全面考虑各种矿物成分与软弱破碎岩石对岩石磨蚀性的影响，为TBM滚刀磨损机制与磨损预测研究提供参考标准。研究提供参考标准。研究提供参考标准。

【技术实现步骤摘要】
一种小尺寸岩石磨蚀性测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩石测量
，具体涉及一种小尺寸岩石磨蚀性测试装置及方法。

技术介绍

[0002]随着国民经济的快速发展与能源需求的日益增加，我国迫切需要修建一批深埋长隧洞。得益于机械化的进程及其所具有的安全、经济、环保、高效等方面的优势，全断面岩石隧道掘进机(TBM)已越来越多地应用于硬岩隧道开挖。滚刀是TBM掘进过程中破碎岩石的主要部件，在掘进过程中岩石的不均匀性、地层的复杂性、岩体裂隙节理的多变性等因素将导致刀具受力变化以及刀具磨损形式各异，从而刀盘每掘进一段距离滚刀就会发生不同程度的磨损，需要定期更换滚刀，这严重制约了施工成本和施工工期。据统计，实际工程中TBM在硬岩掘进时刀具检修、更换以及刀盘维修所消耗的时间约占施工总时间的1/3，刀具磨损消耗的费用可达整个工程造价的1/3左右。
[0003]岩石的磨蚀性主要取决于岩石的强度和矿物成分，即岩石内硬质矿物构成比例越高，岩石越硬，其磨蚀性越高。一些研究采用石英含量来评价岩石磨蚀特性的强弱，认为石英是岩石中的主要磨蚀性矿物，但是岩石中除了石英外，长石、辉石、闪石等硬度较高的矿物对岩石磨蚀性影响也比较大，因而只用石英含量衡量岩石磨蚀性不充分，有必要研究各矿物成分对岩石磨蚀性的影响。目前，Cerchar划痕实验是一种被广泛认可的岩石磨蚀性测试实验，该试验的原理是采用一根圆锥角90
°
的合金钢针在70N的静载作用下于岩石表面划过10mm，而后在显微镜下测读钢针磨损面直径(单位mm)，其值的10倍为最终指标CAI值，即0.1mm＝1CAI值。Cerchar划痕试验具有装置简单、操作方便等优点，但试样需经过钻、切、磨三道工艺加工成直径或长宽为50mm、高度为40mm的圆柱体或矩形标准试样，且试样上下端面保持平行。由于高纯度的天然矿物岩石原料尺寸较小，如普通辉石、正长石、方解石、黑云母、角闪石等块度大小多为几厘米到十几厘米不等，不满足标准试样要求，无法进行Cerchar划痕试验，进而无法充分研究岩石的磨蚀性。
[0004]根据ISRM建议，Cerchar测试时每个岩样表面应至少进行五次划痕试验，取平均值作为其磨蚀值，即通过多次试验降低矿物成分的种类、含量以及胶结方式等因素对试验结果的影响。然而，由于滑动区域内矿物成分的不可控性和不可测性，现有试验设备仍无法充分考虑各矿物成分对岩石磨蚀性的影响。现有Cerchar划痕试验存在如下不足之处，即不能准确量测或获取钢针滑动距离内各岩石矿物成分含量，进而无法定量研究矿物成分对岩石磨蚀性的影响。主要原因有以下两点，其一是岩石具有不连续性、不均质性和各向异性，岩石是自然界中各种矿物的集合体，矿物成分的种类、含量以及排列方式均对试验结果有较强的影响；其二是试验钢针针尖较细，划痕区域为10mm的直线段，试验范围较小，进而增强了矿物成分对试验验结果的影响。
[0005]经检索发现，中国专利CN201910504988.8公开了一种岩石矿物磨蚀度精准检测方法，该专利技术采用自主研制的新型类岩石透明树脂材料为介质，将单一或多种高纯度矿物颗
粒预先布置于模具表面浇筑成试样。但该专利技术存在如下不足之处：其一，对于粒径大于10mm钢针滑动区的颗粒，由于研磨后矿物颗粒形状的不规则性，其表面非水平面，浇筑成树脂试样时会在测试表面的划痕区域内凝结树脂介质，进而影响试验结果；其二，对于粒径小于10mm钢针滑动区的颗粒，不能考虑矿物颗粒间的连结和微结构面的影响，此外由于颗粒尺寸较小且形状各异，难以控制实际滑动区域内矿物颗粒的整体或局部排列区域密度；其三，模拟试件只能在矿物原石的一个表面进行试验，矿物的其他表面均包裹在树脂介质中无法试验，同时该模具不具备重复性，试验结束后不能反复利用。

技术实现思路

[0006]针对以上技术问题，本专利技术提供一种小尺寸岩石磨蚀性测试装置及方法。该装置可对不满足Cerchar划痕试验标准试样要求的岩石进行磨蚀性测试，研究矿物岩石原料或软弱岩石的磨蚀性，探明矿物成分对TBM滚刀磨蚀影响的定量规律，为TBM滚刀磨损提供实际参考标准。
[0007]本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]一种小尺寸岩石磨蚀性测试装置，其特征在于：包括试样模具，所述试样模具由外壳体和内壳体组合构成；
[0009]所述内壳体为侧壁开孔的方体结构，由支撑柱支撑；支撑柱位于外壳体底面中心，内壳体用于放置样品；
[0010]所述内壳体侧壁与相对的外壳体侧壁之间连接有伸缩装置；伸缩装置穿出内壳体的侧壁开孔，通过伸缩可对式样侧面进行支撑。
[0011]进一步，所述内壳体和外壳体之间通过充填物质浇筑固定。
[0012]进一步，所述外壳体尺寸满足Cerchar标准试样的尺寸要求。
[0013]更进一步，所述外壳体长宽高分别为50mm
×
50mm
×
40mm。
[0014]进一步，所述内壳体需满足Cerchar试验划痕长度要求。
[0015]更进一步，所述内壳体长宽高均大于10mm。优选的，内壳体长宽高分别为15mm
×
15mm
×
15mm。
[0016]进一步，所述内壳体3高于外壳体2的高度2mm
‑
5mm。
[0017]进一步，所述伸缩装置包括螺杆、第一螺纹套筒和第二螺纹套筒；
[0018]所述螺杆为二段式结构，分别设置有反向的螺纹；
[0019]所述螺杆螺纹连接第一螺纹套筒和第二螺纹套筒；
[0020]所述第一螺纹套筒连接有圆板，以对试样支撑；
[0021]所述第二螺纹套筒连接到外壳体侧壁。
[0022]更进一步，所述圆板的直径大于10mm且小于内壳体表面的内接圆直径。优选的，圆板直径为15mm。
[0023]更进一步，所述螺杆中间设置有六角螺母；所述第二螺纹套筒通过螺母再连接到外壳体侧壁。
[0024]本专利技术还提供利用上述小尺寸岩石磨蚀性测试装置测试小尺寸岩石磨蚀性的方法，包括以下步骤：
[0025]步骤1)：将试样加工成边长大于10mm且小于内壳体长度的正方体，试样各表面保
持平整，试样端面的平面度公差<0.05mm；
[0026]步骤2)：将试样放置于内壳体中；
[0027]步骤3)：旋转螺杆使得伸缩装置伸长，以紧固支撑试样侧面；
[0028]步骤4)：采用ATA
‑
IGGI岩石磨蚀伺服试验仪进行磨蚀性测试，记录试验结果，测试完毕后取出试样；
[0029]步骤5)：考虑试样的各向异性，垂直于第一次测试的滑动方向，再次进行磨蚀性测试，重复步骤2)至步骤4)；
[0030]步骤6)：考虑试样的微结构面，在前述试验面的相邻两个表面进行磨蚀性测试，重复步骤2)至步骤5)；
[0031]步骤7)：计算上述六次试验结果的平均值，即为试样的磨蚀值。
[0032]本专利技术的有益效果如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小尺寸岩石磨蚀性测试装置，其特征在于：包括试样模具，所述试样模具由外壳体和内壳体组合构成；所述内壳体为侧壁开孔的方体结构，由支撑柱支撑；支撑柱位于外壳体底面中心，内壳体用于放置样品；所述内壳体侧壁与相对的外壳体侧壁之间连接有伸缩装置；伸缩装置穿出内壳体的侧壁孔，通过伸缩可对试样侧面进行支撑。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述内壳体和外壳体之间通过充填物质浇筑固定。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述外壳体尺寸满足Cerchar标准试样的尺寸要求。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述外壳体长宽高分别为50mm
×
50mm
×
40mm。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述内壳体需满足Cerchar试验划痕长度要求。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述内壳体长宽高均大于10mm。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述内壳体3高于外壳体2的高度2mm
‑
5mm。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述伸缩装置包括螺杆、第一螺纹套筒和第二螺纹套筒；所述螺杆为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓平，李馨芳，唐少辉，王浩杰，刘泉声，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：