用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，包括鉆桿動力裝置，三維定位掘進(jìn)裝置和可變?nèi)芏撮_挖裝置，鉆桿動力裝置通過卡槽與三維定位掘進(jìn)裝置連接，在模型試驗(yàn)系統(tǒng)中做可變深度鉆孔掘進(jìn)，為溶洞定位開挖做準(zhǔn)備；可變?nèi)芏撮_挖裝置內(nèi)置于三維定位掘進(jìn)裝置鉆桿中，在完成鉆孔掘進(jìn)和溶洞深度定位后，通過調(diào)節(jié)角度控制栓做可變?nèi)芏撮_挖；三維定位掘進(jìn)裝置包括鉆桿，鉆桿上端能夠卡裝于卡槽中，鉆桿下端設(shè)有鉆頭，鉆桿一側(cè)面上設(shè)有供可變?nèi)芏撮_挖裝置調(diào)節(jié)的開槽，鉆桿下半部分側(cè)面上開有供可變?nèi)芏撮_挖裝置開挖半徑變化的空隙。本實(shí)用新型其操縱簡單，定位精確，能實(shí)現(xiàn)最小擾動可變?nèi)芏撮_挖。
【專利說明】用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種巖土工程技術(shù)，尤其是一種用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，模型試驗(yàn)利用相似材料和試驗(yàn)系統(tǒng)通過一個較小尺寸的模型來盡可能精確的模擬原型的一種試驗(yàn)方法。盡可能真實(shí)的模擬巖土工程結(jié)構(gòu)的是模型試驗(yàn)是否成功的關(guān)鍵因素。因此，在模型的建立過程中最大程度的減小對模型試驗(yàn)相似材料原有力學(xué)性能及整體性的破壞對模型試驗(yàn)是否成功，試驗(yàn)成果能否用于反映原型的真實(shí)性能具有重要意義。
[0003]目前，在巖土工程模型試驗(yàn)溶洞的模擬中，尚未有一種工具以及開挖方法能夠進(jìn)行溶洞的無擾動開挖并實(shí)現(xiàn)開挖中相似材料的抽取及溶腔充填材料的注入，尚不能解決根據(jù)需要改變模擬地下溶洞的位置，尺寸，內(nèi)部充填情況的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其操縱簡單，定位精確，能實(shí)現(xiàn)最小擾動可變?nèi)芏撮_挖。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0006]一種用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，包括鉆桿動力裝置，三維定位掘進(jìn)裝置和可變?nèi)芏撮_挖裝置，鉆桿動力裝置通過卡槽與三維定位掘進(jìn)裝置連接，在模型試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行可變深度的鉆孔掘進(jìn)，為進(jìn)行溶洞定位開挖做準(zhǔn)備；可變?nèi)芏撮_挖裝置內(nèi)置于三維定位掘進(jìn)裝置鉆桿中，在完成鉆孔掘進(jìn)和溶洞深度定位后，通過調(diào)節(jié)角度控制栓進(jìn)行可變?nèi)芏撮_挖；可變?nèi)芏撮_挖裝置內(nèi)置于三維定位掘進(jìn)裝置中，能夠?qū)θ芏次恢蒙疃冗M(jìn)行控制；
[0007]所述三維定位掘進(jìn)裝置包括鉆桿，所述鉆桿上端能夠卡裝于卡槽中，鉆桿下端設(shè)有鉆頭，鉆桿一側(cè)面上設(shè)有供可變?nèi)芏撮_挖裝置調(diào)節(jié)的開槽，鉆桿下半部分側(cè)面上開有供可變?nèi)芏撮_挖裝置開挖半徑變化的空隙。
[0008]所述鉆桿中設(shè)有能夠使可變?nèi)芏撮_挖裝置定位且能沿鉆桿徑向上下位移的空間。
[0009]所述鉆桿包括沿其徑向中分面分開的上部鉆桿和下部鉆桿，所述上部鉆桿和下部鉆桿靠近卡槽端的中分面能夠緊密貼合，另一端的部鉆桿和下部鉆桿之間設(shè)有供開有供可變?nèi)芏撮_挖裝置開挖半徑變化的空隙，且下部鉆桿的中分面上設(shè)有與可變?nèi)芏撮_挖裝置相配合凸起。
[0010]所述下部鉆桿中設(shè)有沿其長度方向的長孔，長孔上端開口與下部鉆桿的上端部，且與多功能管相連，下端開口設(shè)于下部鉆桿下半部分的側(cè)面。多功能連通孔能夠通過抽土注水等操作實(shí)現(xiàn)對所開挖溶洞充填情況的控制。
[0011 ] 所述鉆桿外部設(shè)有刻度尺。[0012]所述可變?nèi)芏撮_挖裝置包括角度控制栓，所述角度控制栓的上端折彎，且折彎部分能夠卡入鉆桿側(cè)面的開槽中，折彎部分末端設(shè)置固定螺栓，與固定螺栓接觸位置的上部鉆桿上設(shè)有與刀盤開合度相匹配的刀盤角度刻度；所述角度控制栓的下端通過傳動臂與刀盤相連，刀盤上設(shè)有與下部鉆桿的凸起相配合的銷孔，能保證刀盤沿凸起自由轉(zhuǎn)動。
[0013]所述傳動臂的兩端均通過銷活動連接于角度控制栓和刀盤，能保證刀盤自由擺動。
[0014]所述刀盤上的銷孔位于刀盤與傳動臂相連的銷的下部。
[0015]所述鉆桿動力裝置為電動機(jī)，電動機(jī)的輸出軸上安裝卡槽。
[0016]一種利用模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置的操作方法，包括:
[0017]A.組合整套開挖裝置:將鉆桿上下兩部分與內(nèi)置可變?nèi)芏撮_挖裝置組合，通過卡槽與電動機(jī)連接，接通電源；
[0018]B.進(jìn)行鉆桿掘進(jìn):通過鉆桿上刻度尺做深度確認(rèn)，直至達(dá)到設(shè)計溶洞開挖深度，并能通過刻度尺讀數(shù)調(diào)整預(yù)設(shè)溶洞的開挖深度；
[0019]C.溶洞的開挖:通過向下?lián)軇咏嵌瓤刂扑ň徛龔堥_刀盤，開動電動機(jī)進(jìn)行溶洞的開挖，通過觀察刀盤角度刻度確定刀盤的轉(zhuǎn)角從0°擴(kuò)大到近180°，每次調(diào)整角度后用固定螺栓固定后再開挖，隨著刀盤張開角度的增大擴(kuò)大溶腔體積，直至達(dá)到預(yù)定尺寸的溶洞溶腔開挖完成；
[0020]D.抽土棄渣及注水充填:多功能連通孔連接離心泵設(shè)備，將已開挖溶洞的充填土抽出，根據(jù)需要模擬的溶腔充填情況，進(jìn)行注水加泥操作，能夠通過控制充填物性質(zhì)及充填體積改變?nèi)芮怀涮钋闆r，完成溶洞開挖；
[0021]E.抽出整套開挖裝置封閉掘進(jìn)孔；溶洞開挖完成后調(diào)節(jié)角度控制栓，使刀盤與鉆桿合攏，抽出整套掘進(jìn)開挖裝置，利用錨固劑防水錨固材料封閉掘進(jìn)孔。
[0022]F.本次試驗(yàn)結(jié)束后，重新確定溶洞位置，重復(fù)以上操作，進(jìn)行下一組試驗(yàn)。
[0023]本實(shí)用新型中的電動機(jī)和離心泵等設(shè)備均為現(xiàn)有東西，在此不再贅述。
[0024]本實(shí)用新型根據(jù)巖土工程模型試驗(yàn)中設(shè)計溶洞的尺寸、充填情況的指標(biāo)，通過三維定位掘進(jìn)裝置進(jìn)行定位掘進(jìn)，在設(shè)計位置進(jìn)行溶洞開挖，通過調(diào)節(jié)刀盤張開角度調(diào)整溶洞尺寸，利用多功能連通孔進(jìn)行抽土注水等工作以根據(jù)需要改變?nèi)芮怀涮钋闆r，從而完成模型試驗(yàn)可變?nèi)芏吹拈_挖。
[0025]本實(shí)用新型研究了一種用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置及其開挖方法，解決了巖土工程模型試驗(yàn)中溶洞開挖定位困難，溶洞尺寸難以控制，溶洞充填情況無法調(diào)控的問題，與前人研究相比，能夠最大程度減小溶洞開挖對模型試驗(yàn)相似材料原有力學(xué)性質(zhì)及其整體性的破壞。
[0026]本實(shí)用新型解決了巖土工程模型試驗(yàn)中溶洞開挖定位困難，溶洞尺寸難以控制，溶洞充填情況無法調(diào)控且對試驗(yàn)相似材料原有力學(xué)性質(zhì)及整體性影響較大的問題，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]1.開挖過程擾動低，對相似材料原有力學(xué)性質(zhì)及整體性影響小，實(shí)現(xiàn)溶洞開挖位置的三維精確定位。
[0028]2.能夠根據(jù)實(shí)際需要變換溶洞尺寸，可重復(fù)使用，能夠用于各種不同模型試驗(yàn)中的溶洞[0029]開挖。
[0030]3.可以通過改變?nèi)芮粭l充填情況更好的模擬實(shí)際溶洞情況，試驗(yàn)成果能夠真實(shí)的反映工程實(shí)踐情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本實(shí)用新型工作示意圖；
[0033]其中I電動機(jī)、2操縱把手、3卡槽、4下部鉆桿、5多功能連通管、6鉆桿卡槽、7上部鉆桿、8角度控制栓、9固定螺栓、10傳動臂、11刀盤、12鉆頭、13刀盤角度刻度。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0035]鉆桿動力裝置由電動機(jī)I，操縱把手2，卡槽3組成；三維定位掘進(jìn)裝置由下部鉆桿4，上部鉆桿6，螺紋7，鉆頭12組成；可變?nèi)芏撮_挖裝置由角度控制栓8，固定螺栓9，傳動臂10，刀盤11組成；多功能連通孔5。
[0036]圖1中，下部鉆桿4、上部鉆桿6、鉆頭12組成的鉆桿通過卡槽3與電動機(jī)I相連進(jìn)行在模型試驗(yàn)裝置中的掘進(jìn)，通過固定螺栓9對角度控制栓8進(jìn)行固定，利用上部鉆桿6的刻度尺，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)深度的控制；角度控制栓8通過傳動臂10與刀盤11相連，通過控制刀盤張開的角度實(shí)現(xiàn)對溶洞開挖尺寸的控制；多功能連通管5內(nèi)置于下部鉆桿4中，通過連接真空機(jī)等設(shè)備進(jìn)行抽土，注水等工作，控制已開挖溶洞的充填情況；角度控制栓8、固定螺栓9、傳動臂10、刀盤11組成的可變?nèi)芏撮_挖裝置內(nèi)置于下部鉆桿4、上部鉆桿6組成的鉆桿中，減小裝置尺寸。
[0037]卡槽3連接電動機(jī)I與鉆桿，電動機(jī)提供動力進(jìn)行掘進(jìn)，通過上部鉆桿6上的刻度尺控制掘進(jìn)深度；掘進(jìn)達(dá)到預(yù)定開挖位置時調(diào)節(jié)緩慢調(diào)節(jié)角度控制栓8逐步增大刀盤11的張開角度，電動機(jī)提供刀盤旋轉(zhuǎn)動力進(jìn)行溶洞的開挖，并利用固定螺栓9逐步固定角度控制栓8，實(shí)現(xiàn)溶洞的逐步開挖，通過角度控制栓8外露窗口上的刻度確定已開挖的溶洞尺寸，實(shí)現(xiàn)溶洞尺寸的可變開挖；通過多動能連通管5與離心泵等設(shè)備連接，對已開挖溶洞進(jìn)行抽土注水等工作，控制溶洞的充填情況。
[0038]一種用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置進(jìn)行模型試驗(yàn)中可變?nèi)芏撮_挖的方法，包括以下步驟:
[0039]A.組合開挖工具，將鉆桿上下兩部分下部鉆桿4、上部鉆桿6與內(nèi)置可變?nèi)芏撮_挖裝置角度控制栓8、固定螺栓9、傳動臂10、刀盤11進(jìn)行組合，通過卡槽3與電動機(jī)I連接，接通電源。
[0040]B.進(jìn)行鉆桿掘進(jìn)，通過鉆桿刻度尺進(jìn)行深度確認(rèn)，直至達(dá)到設(shè)計溶洞開挖深度，并能通過刻度尺讀數(shù)調(diào)整預(yù)設(shè)溶洞的開挖深度。
[0041]C.溶洞的開挖，通過向下?lián)軇咏嵌瓤刂扑?緩慢張開刀盤11，開動電動機(jī)I進(jìn)行溶洞的開挖，通過觀察刀盤角度刻度13確定刀盤的轉(zhuǎn)角從0°擴(kuò)大到近180°，每次調(diào)整角度后用固定螺栓9固定后再開挖，隨著刀盤11張開角度的增大擴(kuò)大溶腔體積，直至達(dá)到預(yù)定尺寸的溶洞溶腔開挖完成。[0042]D.抽土棄渣及注水充填，多功能連通管5連接離心泵等設(shè)備，將已開挖溶洞的充填土抽出，根據(jù)需要模擬的溶腔充填情況，進(jìn)行注水加泥等操作，能夠通過控制充填物性質(zhì)及充填體積改變?nèi)芮怀涮钋闆r，完成溶洞開挖。
[0043]E.抽出設(shè)備封閉掘進(jìn)孔，溶洞開挖完成后調(diào)節(jié)角度控制栓8，使刀盤11與鉆桿合攏，抽出掘進(jìn)開挖設(shè)備，利用模型試驗(yàn)中相似材料進(jìn)行掘進(jìn)孔回填，保證模型試驗(yàn)中相似材料的整體性。
[0044]F.本次試驗(yàn)結(jié)束后，重新確定溶洞位置，重復(fù)以上操作，進(jìn)行下一組試驗(yàn)。
[0045]上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其特征是，包括鉆桿動力裝置，三維定位掘進(jìn)裝置和可變?nèi)芏撮_挖裝置，鉆桿動力裝置通過卡槽與三維定位掘進(jìn)裝置連接；可變?nèi)芏撮_挖裝置內(nèi)置于三維定位掘進(jìn)裝置鉆桿中； 所述三維定位掘進(jìn)裝置包括鉆桿，所述鉆桿上端能夠卡裝于卡槽中，鉆桿下端設(shè)有鉆頭，鉆桿一側(cè)面上設(shè)有供可變?nèi)芏撮_挖裝置調(diào)節(jié)的開槽，鉆桿下半部分側(cè)面上開有供可變?nèi)芏撮_挖裝置開挖半徑變化的空隙。
2.如權(quán)利要求1所述的用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其特征是，所述鉆桿中設(shè)有能夠使可變?nèi)芏撮_挖裝置定位且能沿鉆桿徑向上下位移的空間。
3.如權(quán)利要求1所述的用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其特征是，所述鉆桿包括沿其徑向中分面分開的上部鉆桿和下部鉆桿，所述上部鉆桿和下部鉆桿靠近卡槽端的中分面能夠緊密貼合，另一端的部鉆桿和下部鉆桿之間設(shè)有供開有供可變?nèi)芏撮_挖裝置開挖半徑變化的空隙，且下部鉆桿的中分面上設(shè)有與可變?nèi)芏撮_挖裝置相配合凸起。
4.如權(quán)利要求3所述的用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其特征是，所述下部鉆桿中設(shè)有沿其長度方向的長孔，長孔上端開口與下部鉆桿的上端部，且與多功能管相連，下端開口設(shè)于下部鉆桿下半部分的側(cè)面。
5.如權(quán)利要求1所述的用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其特征是，所述鉆桿外部設(shè)有刻度尺。
6.如權(quán)利要求3所述的用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其特征是，所述可變?nèi)芏撮_挖裝置包括角度控制栓，所述角度控制栓的上端折彎，且折彎部分能夠卡入鉆桿側(cè)面的開槽中，折彎部分末端設(shè)置固定螺栓，與固定螺栓接觸位置的上部鉆桿上設(shè)有與刀盤開合度相匹配的刀盤角度刻度；所述角度控制栓的下端通過傳動臂與刀盤相連，刀盤上設(shè)有與下部鉆桿的凸起相配合的銷孔。
7.如權(quán)利要求6所述的用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其特征是，所述傳動臂的兩端均通過銷活動連接于角度控制栓和刀盤。
8.如權(quán)利要求6所述的用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其特征是，所述刀盤上的銷孔位于刀盤與傳動臂相連的銷的下部。
9.如權(quán)利要求1所述的用于模型試驗(yàn)溶洞模擬的三維定位可控開挖裝置，其特征是，所述鉆桿動力裝置為電動機(jī)，電動機(jī)的輸出軸上安裝卡槽。
【文檔編號】E21B7/04GK203559774SQ201320746747
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】李術(shù)才, 王慶瀚, 李利平, 蔡健健, 許振浩, 張乾青, 石少帥, 周宗青 申請人:山東大學(xué)