1.一種在圓盤巖樣上制作裂縫和中心圓孔的實驗裝置，其特征在于：包括定位裝置、固
定裝置、轉接頭、切割片(3)和鉆頭(6)；轉接頭安裝在巖石研磨機(41)的電動機的輸出軸
上，切割片和鉆頭安裝在對應的轉接頭上，定位裝置安裝在巖石研磨機(41)的電磁鐵(7)
上，電磁鐵(7)上設置有定位圓柱(5)，定位圓柱(5)與定位裝置的定位孔(17)相配合，固定
裝置通過絲釘(31)安裝在定位裝置的夾板(21)上；所述固定裝置包括兩個對稱設置的平臺
(12)，在平臺(12)的外側設置有若干等距分布的安裝孔(12-1)，安裝孔(12-1)與定位裝置
的夾板(21)上的水平安裝孔(21-1-1)和豎直安裝孔(21-2-1)相對應配合，水平安裝孔(21-
1-1)的孔距和豎直安裝孔(21-2-1)的孔距相等，豎直安裝孔(21-2-1)位于水平安裝孔(21-
1-1)的中垂線上，且最下方的豎直安裝孔(21-2-1)與中垂線上的水平安裝孔(21-1-1)的距
離等于水平安裝孔(21-1-1)的孔距；平臺(12)的內側為弧形曲面(12-2)；所述絲釘(31)包
括絲釘帽和絲桿，所述絲桿包括第一絲桿(31-1)和第二絲桿(31-2)，第一絲桿(31-1)的一
端與絲釘帽連接，第一絲桿(31-1)的另一端與第二絲桿(31-2)連接，第一絲桿(31-1)的直
徑大于安裝孔(12-1)的直徑，第二絲桿(31-2)插入安裝孔(12-1)內并與安裝孔(12-1)緊配
合；且第一絲桿(31-1)靠近絲釘帽的位置加工有外螺紋；所述轉接頭包括第一轉接頭(2)和
第二轉接頭(14)，第一轉接頭(2)包括連接件Ⅰ(2-1)和連接桿Ⅰ(2-2)，連接件Ⅰ(2-1)的一端
設置有內螺紋孔，連接件Ⅰ(2-1)的另一端與連接桿Ⅰ(2-2)的一端連接；連接件Ⅰ(2-1)的截
面為正六邊形；連接桿Ⅰ(2-2)的另一端設置有外螺紋，切割片安裝在連接桿Ⅰ(2-2)上，且在
切割片的外側安裝有銅墊片(4)；第二轉接頭(14)包括連接件Ⅱ(14-1)和連接桿Ⅱ(14-2)，
連接件Ⅱ(14-1)的一端設置有內螺紋孔，連接件Ⅱ(14-1)的另一端與連接桿Ⅱ(14-2)的一
端連接；連接件Ⅱ(14-1)的截面為正六邊形；連接桿Ⅱ(14-2)的另一端設置有外螺紋，鉆頭
安裝在連接桿Ⅱ(14-2)上，連接桿Ⅱ(14-2)的長度小于連接桿Ⅰ(2-2)的長度。
2.根據權利要求1所述的一種在圓盤巖樣上制作裂縫和中心圓孔的實驗裝置，其特征
在于：所述定位裝置為平臺虎鉗(24)，包括虎鉗底座(16)、刻度盤(18)、轉盤(20)、夾板
(21)、活動鉗口(24-1)和固定鉗口(24-2)；虎鉗底座(16)的一側設置有定位孔(17)，定位孔
(17)與巖石研磨機(41)上的定位圓柱(5)對應，在虎鉗底座(16)上固定有刻度盤(18)，刻度
盤(18)上安裝有可轉動的轉盤(20)，在轉盤(20)上與刻度盤(18)的零刻度線相對應的位置
安裝有指針(19)，在平臺虎鉗(24)的活動鉗口(24-1)和固定鉗口(24-2)均安裝有夾板
(21)；所述夾板(21)包括橫板(21-1)和豎板(21-2)，豎板(21-2)固定在橫板(21-1)的中部，
橫板(21-1)上設置有若干固定安裝孔(21-1-2)和若干用于安裝固定裝置的水平安裝孔
(21-1-1)，水平安裝孔(21-1-1)高于平臺虎鉗(24)的上端面，夾板(21)通過固定安裝孔
(21-1-2)安裝在平臺虎鉗(24)的活動鉗口(24-1)和固定鉗口(24-2)上；所述豎板(21-2)上
設置有若干用于安裝固定裝置的豎直安裝孔(21-2-1)，豎直安裝孔(21-2-1)的孔距和水平
安裝孔(21-1-1)的孔距相等，豎直安裝孔(21-2-1)位于水平安裝孔(21-1-1)的中垂線上，
且最下方的豎直安裝孔(21-2-1)與中垂線上的水平安裝孔(21-1-1)的距離等于水平安裝
孔(21-1-1)的孔距。
3.根據權利要求1或2所述的一種在圓盤巖樣上制作裂縫和中心圓孔的實驗裝置，其特
征在于：所述安裝孔(12-1)為三個，分別為左安裝孔(35)、中安裝孔(33)和右安裝孔(34)；
所述水平安裝孔(21-1-1)為三個，分別為左水平安裝孔(29)、中水平安裝孔(27)和右水平
安裝孔(28)；豎直安裝孔(21-2-1)為一個，豎直安裝孔(21-2-1)位于左水平安裝孔(29)、中
水平安裝孔(27)和右水平安裝孔(28)的中垂線上，且豎直安裝孔(21-2-1)與中水平安裝孔
(27)、左水平安裝孔(29)與中水平安裝孔(27)和右水平安裝孔(28)與中水平安裝孔(27)的
距離相等；中安裝孔(33)與夾板(21)上的中水平安裝孔(27)對應，左安裝孔(35)與夾板
(21)的左水平安裝孔(29)對應，右安裝孔(34)與夾板(21)上的右水平安裝孔(28)對應。
4.根據權利要求2所述的一種在圓盤巖樣上制作裂縫和中心圓孔的實驗裝置，其特征
在于：在刻度盤(18)上設置有導槽，轉盤(20)上與導槽相對應的位置處設置有通孔，導槽內
的定位絲(20-1)向上穿過通孔將轉盤(20)固定在刻度盤(18)上。
5.根據權利要求1所述的一種在圓盤巖樣上制作裂縫和中心圓孔的實驗裝置，其特征
在于：在平臺(12)的外側安裝有薄鋼板(40)，薄鋼板(40)上設置有與安裝孔(12-1)相對應
的圓孔，圓孔的直徑小于第一絲桿(31-1)的直徑。
6.根據權利要求3所述的實驗裝置，在圓盤巖樣上制作裂縫和中心圓孔的方法，其特征
在于：所述裂縫包括邊裂縫和中心裂縫，當制作邊裂縫和中心圓孔時，步驟如下：步驟一、將
夾板(21)通過固定安裝孔(21-1-2)安裝在定位裝置的平臺虎鉗(24)上，并通過虎鉗底座
(16)上的定位孔(17)將定位裝置安裝到巖石研磨機(41)的電磁鐵(7)的定位圓柱(5)上，使
夾板(21)與巖石研磨機(41)的電動機的輸出軸平行；步驟二、將第一轉接頭(2)安裝到電動
機的輸出軸上并安裝切割片(3)；步驟三、向夾板(21)的中水平安裝孔(27)內插入一個絲釘
(31)并擰緊，左水平安裝孔(29)和右水平安裝孔(28)內分別插入一個絲釘(31)，并擰進3～
4個絲簡單固定；步驟四、將平臺(12)上的左安裝孔(35)、中安裝孔(33)和右安裝孔(34)依
序分別與對應夾板(21)上的左水平安裝孔(29)、中水平安裝孔(27)和右水平安裝孔(28)內
絲釘(31)的第二絲桿(31-2)相對應，將固定裝置初步定位在夾板(21)上；步驟五、將圓盤巖
樣水平放到固定裝置內，弧形曲面(12-2)將圓盤巖樣包裹，通過擰動平臺虎鉗(24)的轉軸
(22)夾緊圓盤巖樣，此時，圓盤巖樣與切割片所在平面垂直；步驟六、將各個絲釘(31)擰緊，
使固定裝置進一步夾緊圓盤巖樣；步驟七、松動轉盤(20)上的定位絲(20-1)，將轉盤(20)轉
動90°，使指針(19)指向刻度盤(18)上的90°刻度線，使夾板(21)與切割片(3)平行，然后擰
緊定位絲(20-1)；步驟八、轉動巖石研磨機(41)的三維操作桿(9)使切割片的最低點對準圓
盤巖樣的圓心，然后轉動三維操作桿(9)中的左右操作桿手柄和上下操作手柄，使切割片
(3)最右點/最左點與圓盤巖樣左端/右端接觸，啟動巖石研磨機(41)的電動機并打開水管，
操作三維操作桿(9)中左右操作桿手柄控制左/右邊裂縫的切割長度，并記錄進尺量，當達
到切割長度，轉動上下操作手柄，使左/右邊裂縫上下切透，完成邊裂縫的切割，將切割片退
出，關掉電動機和水管；步驟九，松動定位絲(20-1)，將轉盤(20)恢復原位，使指針(19)指向
刻度盤(18)的零刻度線，然后擰緊定位絲(20-1)，將第一轉接頭(2)和切割片(3)取下，將第
二轉接頭(14)安裝到電動機的輸出軸上，并將鉆頭(6)安裝到第二轉接頭(14)上；步驟十、
擰掉夾板(21)上左水平安裝孔(29)和右水平安裝孔(28)內的絲釘，使固定裝置及圓盤巖樣
繞中水平安裝孔(27)內的絲釘旋轉90°，使平臺(12)上的右安裝孔(34)與夾板(21)上的豎
直安裝孔(21-2-1)對應，向豎直安裝孔(21-2-1)內插入絲釘并擰緊；步驟十一、操作三維操
作桿(9)，使鉆頭(6)的頂點對準圓盤巖樣的圓心，啟動電動機，打開水管，操作三維操作桿
(9)中的前后操作手柄，使鉆頭(6)緩慢鉆進，鉆進圓盤巖樣厚度的一半時，退出鉆頭(6)；步
驟十二、擰掉夾板(21)的豎直安裝孔(21-2-1)內的絲釘，使固定裝置及圓盤巖樣繞中水平
安裝孔(27)內的絲釘旋轉180°，平臺(12)上的左安裝孔(35)與豎直安裝孔(21-2-1)對應，
并再次往豎直安裝孔(21-2-1)內插入絲釘并擰緊；步驟十三、無需進行鉆頭(6)與圓盤巖樣
圓心的對準，重復步驟十一，得到圓盤巖樣的中心圓孔，退出鉆頭(6)，關掉電動機和水管；
步驟十四、擰動平臺虎鉗(24)的轉軸(22)使圓盤巖樣被放開取下，并松動定位絲(20-1)，將
轉盤(20)恢復原位，使指針(19)指向刻度盤(18)的零刻度線，并取下固定裝置和夾板上的
絲釘；
當制作中心裂縫時，步驟如下：步驟一、將夾板(21)通過固定安裝孔(21-1-2)安裝在定
位裝置的平臺虎鉗(24)上，并通過虎鉗底座(16)上的定位孔(17)將定位裝置安裝到巖石研
磨機的電磁鐵的定位圓柱(5)上，使夾板(21)與巖石研磨機(41)的電動機的輸出軸平行；步
驟二、將第一轉接頭(2)安裝到電動機的輸出軸上并安裝切割片(3)，并在切割片(3)的外側
安裝銅墊片(4)；步驟三、向夾板(21)的中水平安裝孔(27)內插入一個絲釘(31)并擰緊，左
水平安裝孔(29)和右水平安裝孔(28)內分別插入一個絲釘(31)，并擰進3～4個絲簡單固
定；步驟四、將平臺(12-1)上的左安裝孔(35)、中安裝孔(33)和右安裝孔(34)依序分別與對
應夾板(21)上的左水平安裝孔(29)、中水平安裝孔(27)和右水平安裝孔(28)內絲釘(31)的
第二絲桿(31-2)相對應，將固定裝置初步定位在夾板(21)上；步驟五、將圓盤巖樣水平放到
固定裝置內，弧形曲面(12-2)將圓盤巖樣包裹，通過擰動平臺虎鉗(24)的轉軸(22)夾緊圓
盤巖樣，此時，圓盤巖樣與切割片所在平面垂直；步驟六、將各個絲釘(31)擰緊，使固定裝置
進一步夾緊圓盤巖樣；步驟七、操作三維操作桿(9)使切割片(3)的最低點對準圓盤巖樣的
圓心，啟動電動機，打開水管，操作三維操作桿(9)中的上下操作手柄，使切割片(3)緩慢進
入，進刀5毫米時，提速操作，直至進刀至銅墊片臨近圓盤巖樣表面，再次緩慢轉動上下操作
桿手柄，直至銅墊片(4)接觸圓盤巖樣的表面停止進刀，并快速退切割片，關掉電動機和水
管；步驟八、擰掉夾板(21)上左水平安裝孔(29)和右水平安裝孔(28)內的絲釘，使固定裝置
及圓盤巖樣繞中水平安裝孔(27)內的絲釘旋轉180°，左水平安裝孔(29)與平臺(12)上的右
安裝孔(34)對應，右水平安裝孔(28)與左安裝孔(35)對應，并再次向左水平安裝孔(29)和
右水平安裝孔(28)內插入絲釘(31)，并擰緊；步驟九、無需進行切割片最低點與圓盤巖樣圓
心的對準，重復步驟七，對圓盤巖樣另一個面進行切割，得到圓盤巖樣的中心裂縫；步驟十
、擰動平臺虎鉗(24)的轉軸(22)使圓盤巖樣被放開取下，并松動定位絲(20-1)，將轉盤(20)
恢復原位，使指針(19)指向刻度盤(18)的零刻度線，并取下固定裝置和夾板上的絲釘。
7.根據權利要求6所述的在圓盤巖樣上制作裂縫和中心圓孔的方法，其特征在于：在制
作中心裂縫的步驟九中，所述中心裂縫包括內裂縫和外裂縫，外裂縫的半長為
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，內裂縫的
半長為
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，計算公式如下：
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其中，
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為圓盤巖樣的厚度；
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為銅墊片的半徑；
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為切割片的半徑。
