[發明專利]一種提升扭矩施加精度的巖石空心圓柱扭剪儀

有效

• 申請號: 201611029623.7
• 申請日: 2016-11-14
• 公開（公告）號: CN106644753B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 周輝;黃磊;盧景景;胡大偉;姜玥;胡明明;高陽;劉海濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N3/22
• 分類號: G01N3/22;G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

本發明屬于巖體力學試驗設備技術領域，公開了一種提升扭矩施加精度的巖石空心圓柱扭剪儀，包括：框架、升降裝置、底座、圍壓桶、上座、傳力軸組、傳力軸支架、扭矩施加結構、扭矩傳感器、聯軸器和控制器。本方明提供了一種能夠保證扭矩施加精度和可靠性的扭剪儀。

技術領域

本發明涉及巖體力學試驗設備技術領域，特別涉及一種提升扭矩施加精度的巖石空心圓柱扭剪儀。

背景技術

在交通、水利水電、采礦等基礎工程建設和資源/能源開發領域需要建設大量深埋長大隧道(隧洞、巷道)，TBM(全斷面巖石隧道掘進機)以其安全、高效、經濟等獨特優勢成為深埋長大隧道(隧洞、巷道)施工的最佳選擇和必然發展方向。TBM開挖過程會引起圍巖應力發生持續調整，其突出特點是：主應力量值大幅度改變同時伴隨應力主軸大角度旋轉。在深埋高應力條件下，圍巖應力的上述變化常導致高強度巖爆、大變形卡機等重大工程災害頻發，嚴重威脅人員和施工安全，經濟損失巨大。因此，深入揭示深部地層TBM掘進圍巖主應力量值改變和應力主軸旋轉組合條件下圍巖破壞機理和力學特征是進行上述重大工程災害準確預測與可靠防控的基本前提和科學依據，也是深部地層TBM選型和系統適應性設計需要重點考慮的關鍵因素。

國內外現有的巖石力學試驗儀器中，可以模擬復雜應力路徑的包括：巖石空心圓柱扭剪儀。但是在其工作過程中，施加的扭矩是通過扭矩施加動力原件反算得到的，但是由于機械傳導結構本身的縫隙間隙，摩擦等因素等，導致實際作用在終端試樣上的值損失了部分，從而導致實驗數據嚴重失真。

發明內容

本發明提供一種提升扭矩施加精度的巖石空心圓柱扭剪儀，解決現有技術中扭矩施力過程結構性扭矩損失，導致試驗可靠性和精度的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種提升扭矩施加精度的巖石空心圓柱扭剪儀，包括：框架、升降裝置、底座、圍壓桶、上座、傳力軸組、傳力軸支架、扭矩施加結構、扭矩傳感器、聯軸器和控制器；

所述傳力軸組包括：通過所述聯軸器連接的第一傳力軸和第二傳力軸；所述扭矩傳感器設置在所述聯軸器上，用于檢測傳力軸組上的扭矩；

所述升降裝置固定在所述框架上，所述底座固定在所述升降裝置上；

所述圍壓桶固定在所述底座上，圍壓桶內腔中設置一用于固定試樣底端的下壓頭；

所述上座固定在所述圍壓桶上部，與所述圍壓桶以及所述底座圍成試樣反應空間；

所述第一傳力軸中部嵌于所述上座內，底部位于所述反應空間內，所述第一傳力軸底端設置一用于固定試樣頂端的上壓頭；

所述第一傳力軸中部位于所述上座內的桿身上設置一活塞，所述上座內設置一與所述活塞匹配的施力油腔，所述活塞將所述施力油腔分隔成上施力油腔和下施力油腔；

所述傳力軸組通過所述傳力軸支架固定在所述框架上，相對所述框架保持軸向和徑向靜止；

所述扭矩施加結構固定在所述框架上，與所述第二傳力軸上部相連，用于施加扭矩；

所述圍壓桶、所述上施力油腔和所述下施力油腔均設置用于與外部液壓元件連接的輸油通道；

所述控制器分別與所述扭矩施加結構、所述升降裝置、液壓元件以及所述扭矩傳感器相連；

其中，所述扭矩傳感器經由所述控制器控制所述扭矩施加結構；

所述控制器對所述升降裝置以及所述液壓元件實現連鎖控制，當所述液壓元件向所述施力油腔供油或者泄油，驅動所述反應空間相對于所述傳力軸上下移動時，所述升降裝置跟所述反應空間移動。

進一步地，所述升降裝置包括：液壓動力元件、導軌以及升降支座；

所述導軌固定在所述框架上，所述升降支座通過與所述導軌匹配的滑塊固定在所述導軌上；