本发明专利技术属于岩石力学性质试验技术领域，涉及一种可精确测量岩石CAI值的耐磨性试验装置及其对应的试验方法。一种可精确测量岩石CAI值的耐磨性试验装置，所述耐磨性试验装置包括整体式台座、岩样夹持器、钢针(3)、岩样(41)及其附加配重(42)。本发明专利技术提供一种利用岩石试块与外加砝码精确提供70N竖向荷载以精确测定岩石耐磨性指数，且可测量钢针刻划岩样表面的水平摩擦阻力。平摩擦阻力。平摩擦阻力。
【技术实现步骤摘要】
一种可精确测量岩石CAI值的耐磨性试验装置及其试验方法
[0001]本专利技术属于岩石力学性质试验
，涉及一种可精确测量岩石CAI值的耐磨性试验装置及其对应的试验方法。
技术介绍
[0002]盾构掘进过程中刀具的磨损程度，对隧道工程建设的安全、质量和进度都有显著影响；而岩土体的耐磨性是影响刀具磨损的一个重要因素。国际岩石力学与工程学会推荐的Cerchar Abrasiveness Index试验(CAI试验)是工程界普遍认可的测定岩石耐磨性的方法。其原理如下：采用标准钢针(直径10mm、长100mm、90
°
圆锥尖头)，在恒定竖向力(70N)作用下，使其以特定速度(10mm/min的)刻划标准岩样(直径50mm、高40mm)表面；刻划10mm后取下钢针，用高倍显微镜测量磨损后的针尖宽度，得到数值即为CAI值(单位0.1mm)。
[0003]传统耐磨性试验装置主要包括上下两部份，上部为钢针及其附加配重、钢针夹具及其手摇杆，下部为岩样和台钳。上述传统试验装置至少存在两大不足之处：
[0004]1)刻划过程中钢针与岩样之间的水平摩阻力，使得钢针及其附加配重有倾斜的趋势，使得上覆竖向力无法稳定保持在70N，从而影响CAI测量值；
[0005]2)刻划过程中钢针与岩样之间的水平摩阻力无法实时测量。虽然有不少文献或专利对上述传统耐磨性试验装置做出改进，例如专利号为CN105181503B的专利中采用电液伺服装置以减少试验中的人工误差；专利号为CN109596513A的专利中将钢针移动方式由平动变为转动以更真实模拟刀盘切割岩石的运动工程；专利号为CN110320122A的专利中对试验试块做特殊处理以观察钢针针尖与试块表面相互作用的微观机理。
[0006]但上述改进也无法克服上覆竖向力不稳定、水平摩阻力无法实时测量的问题。
技术实现思路
[0007]针对上述不足，本专利技术旨在提供一种可精确测量岩石CAI值的耐磨性试验装置及其对应的试验方法。为实现上述目的，本专利技术所述新型耐磨性试验装置由整体式台座和岩样夹持器两大部分组成；再配合以标准钢针、标准岩样及其附加配重，可精确测量岩样的CAI值。
[0008]本专利技术采用了如下技术方案：
[0009]一种可精确测量岩石CAI值的耐磨性试验装置，所述耐磨性试验装置包括整体式台座、岩样夹持器、钢针(3)、岩样(41)及其附加配重(42)；
[0010]其中，所述整体式台座包括：底板(11)，立杆(12)，弧型轨道(13)，钢针夹持器(14)，连杆(15)，水平限位器(16)和手摇杆(17)，所述手摇杆(17)可绕其铰支座转动，并通过活络连接头带动连杆(15)发生水平位移，进而带动钢针夹持器(14)沿着弧形轨道(13)发生水平位移；
[0011]其中，岩样夹持器包括：刚性限位环(21)，限位滚珠(22)，横梁(23)，固定式应变传感器(24)，应变测量仪(25)；所述刚性限位环(21)底部中央镂空，其镂空直径略大于岩样
(41)直径；所述限位滚珠(22)搁置在刚性限位环(21)内，其尺寸恰好填满刚性限位环(21)内径与岩样(41)外径之间的空隙；所述横梁(23)的中截面上布设有应变传感器(24)，所述应变传感器(24)与所述应变测量仪(25)电连接，用以在试验过程中实时量测横梁(23)中截面的平均应变。
[0012]进一步，所述应变传感器(24)为固定式应变传感器。
[0013]进一步，所述钢针(3)采用国际岩石力学与工程协会标准(D7625-10)规定的标准尺寸。
[0014]进一步，所述岩样(41)采用国际岩石力学与工程协会标准(D7625-10)规定的标准尺寸。
[0015]进一步，所述附加配重(42)在一定范围内可调节，用以确保岩样(41)和附加配重(42)的总重量恒为70N。
[0016]本专利技术还包括一种可精确测量岩石CAI值的耐磨性试验方法，采用上述任一试验装置，包括如下步骤：
[0017]S1,试验刻划过程中，对固定布设在横梁(23)中截面上的应变传感器(24)进行实时测量；
[0018]S2,将测得的横梁(23)中截面的平均应变，乘以横梁(23)的截面积和弹性模量，计算出标准钢针(3)与岩样(41)之间的水平摩阻力；
[0019]S3,试验刻划结束后，取下钢针(3)，用高倍显微镜测量磨损后的针尖(3)的宽度，得到数值即为CAI值。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为精确测量岩石CAI值的耐磨性试验装置
[0022]图2为整体式台座的细节图
[0023]图3为岩样夹持器的细节图。
[0024]图中：11-底板；12-立杆；13-轨道；14-钢针夹持器；15-连杆；16-水平限位器；17-手摇杆；18-手摇杆铰支座；19-活络连接头；21-半镂空式限位环；22-限位滚珠；23-横梁；24-固定式应变传感器；25-应变测量仪；3-标准钢针；41-标准岩样；42-可变附加配重。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]下面参照图1-3，对本专利技术进行进一步详细说明。
[0027]作为优选而非限定，其底板11为500mm*500*10mm钢板，其中部焊接两道长100mm、间距30mm的小型轨道13；底座右部焊接有直径30mm的不锈钢立杆12，左部安装有手摇杆17。手摇杆17为直径16mm中空不锈钢管，通过插梢铰接于手摇杆铰支座18，其距底端100mm高度
处预留连杆15安装孔。
[0028]作为优选而非限定，连杆15为直径10mm不锈钢杆，其末端带有安装耳扣，扣入预留孔，形成活络连接头19，使其能够沿手摇杆17上下方向轻微移动；水平限位器16为T型钢板，中间预留孔直径为10mm；连杆15穿过半镂空式限位环21与钢针夹持器14底座固定连接。
[0029]作为优选而非限定，钢针夹持器14为50mm*50mm*80mm不锈钢方柱，中部设有直径10.1mm，深度50mm钢针槽，用以夹持标准钢针3，其底部设置两道宽10mm，深4mm通长弧形凹槽，使其可在轨道上左右平移。
[0030]在操作中，人工操纵手摇杆17绕手摇杆铰支座18作圆周运动，通过活络连接头19和水平限位器16，转化为连杆15及钢针夹持器14的水平运动，进而带动标准钢针3刻划标准岩样41表面。
[0031]作为优选而非限定，岩样夹持器其主要部件为外径82mm，内径62mm，高16mm的底部镂空本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可精确测量岩石CAI值的耐磨性试验装置，其特征在于：所述耐磨性试验装置包括整体式台座、岩样夹持器、钢针(3)、岩样(41)及其附加配重(42)；其中，所述整体式台座包括：底板(11)，立杆(12)，弧型轨道(13)，钢针夹持器(14)，连杆(15)，水平限位器(16)和手摇杆(17)，所述手摇杆(17)可绕其铰支座转动，并通过活络连接头带动连杆(15)发生水平位移，进而带动钢针夹持器(14)沿着弧形轨道(13)发生水平位移；其中，岩样夹持器包括：刚性限位环(21)，限位滚珠(22)，横梁(23)，固定式应变传感器(24)，应变测量仪(25)；所述刚性限位环(21)底部中央镂空，其镂空直径略大于岩样(41)直径；所述限位滚珠(22)搁置在刚性限位环(21)内，其尺寸恰好填满刚性限位环(21)内径与岩样(41)外径之间的空隙；所述横梁(23)的中截面上布设有应变传感器(24)，所述应变传感器(24)与所述应变测量仪(25)电连接，用以在试验过程中实时量测横梁(23)中截面的平均应变。2.根据权利要求1所述的可精确测量岩石CAI值的耐磨性试验装置，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：诸岧，杨勇，吴帆，葛凌峰，卞正荣，关振长，
申请(专利权)人：上海隧道工程质量检测有限公司，
类型：发明
国别省市：
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