[發明專利]一種TBM掘進輔助破巖的實驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 201910596335.7
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110501145B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 黃興;唐旭海;邵祖亮;劉泉聲;劉濱;潘玉叢
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所;武漢大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N3/58;G01N3/10;G01N3/24;G01N15/08
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

1.一種TBM掘進輔助破巖的實驗系統，包括平臺支架，其特征在于，還包括設置在平臺支架上的熱加載平臺(6)，熱加載平臺(6)上設置有支撐平臺導軌(4)和刀盤反力架(11)，刀盤反力架(11)上設置有刀盤裝置(10)，可滑動支撐平臺(1)底部通過可鎖定滾動輪(3)設置在支撐平臺導軌(4)上，可滑動支撐平臺(1)為開口朝上的盒體，支撐平臺導軌(4)位于刀盤裝置(10)下方，可滑動支撐平臺(1)底部設置有支撐平臺預留孔(2)，支撐平臺預留孔(2)通過支撐平臺輸氮管線與液氮罐(17)連接，支撐平臺輸氮管線上設置有支撐平臺輸氮控制閥門，熱加載平臺(6)上還設置有電磁波系統(8)和紅外線測溫儀(9)，電磁波系統(8)與導波器(16)連接，

刀盤裝置(10)包括油缸(22)、用于監測油缸(22)油壓的油壓表(23)、設置在油缸(22)的活塞端的刀盤(27)、以及設置在油缸(22)上用于測量油缸(22)的活塞端的貫入度的刻度表(26)，油缸(22)上設置有進油管(24)和回油管(25)，進油管(24)和回油管(25)分別與刀盤油缸泵連接，

熱加載平臺(6)設置在平臺支撐座上，熱加載平臺(6)上還設置有巖芯夾持器放置槽，熱加載平臺(6)上還設置有預留管槽(21)，預留管槽(21)一端與巖芯夾持器放置槽連通，預留管槽(21)另一端與平臺支撐座的側部的平臺預留孔(7)連通，巖芯夾持器放置槽內放置有巖芯夾持器(14)，巖芯夾持器(14)的側部設置有巖芯夾持器預留孔(15)，巖芯輸氮管線一端依次貫穿平臺預留孔(7)、預留管槽(21)后與巖芯夾持器預留孔(15)連通，巖芯輸氮管線另一端與液氮罐(17)連接，巖芯輸氮管線上設置有巖芯輸氮控制閥門。

2.根據權利要求1所述的一種TBM掘進輔助破巖的實驗系統，其特征在于，所述的預留管槽(21)與巖芯輸氮管線之間填充有環氧密封結構膠。

3.利用權利要求1所述的TBM掘進輔助破巖的實驗系統進行TBM掘進輔助破巖的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將巖石放置在可滑動支撐平臺(1)上；

步驟2、將支撐平臺輸氮管線一端與液氮罐(17)連接，另一端與支撐平臺預留孔(2)連接；

步驟3、調整導波器(16)的角度，使電磁波系統(8)出射的電磁波照射巖石的設定目標位置，調整紅外線測溫儀(9)的角度，使紅外線測溫儀(9)照射并測量巖石的設定目標位置的溫度；

步驟4、調整電磁波系統(8)的電磁波功率，開啟電磁波系統(8)及紅外線測溫儀(9)，待巖石的設定目標位置的溫度加溫到設定溫度值后關閉電磁波系統(8)及紅外線測溫儀(9)，打開支撐平臺輸氮控制閥門，液氮通過支撐平臺輸氮管線進入可滑動支撐平臺(1)內與巖石直接接觸，到達設定時間后關閉支撐平臺輸氮控制閥門；

步驟5、滑動可滑動支撐平臺(1)，將巖石推入到刀盤裝置(10)下方；

步驟6、打開刀盤油缸泵，通過刻度表(26)測量貫入度，通過油壓表(23)讀取加載力，得到貫入度與加載力之間的關系，

步驟7、改變電磁波系統(8)的電磁波功率將巖石的設定目標位置的溫度加溫到新的設定溫度值，重復步驟2～6，得到新的貫入度與加載力之間關系，

步驟8、將巖芯夾持器(14)放入巖芯夾持器放置槽中；

步驟9、將巖芯放入到巖芯夾持器(14)之中；將巖芯輸氮管線一端與液氮罐(17)連接，另一端依次貫穿平臺預留孔(7)、預留管槽(21)后與巖芯夾持器預留孔(15)連通；

步驟10、調節紅外線測溫儀(9)的角度，使紅外線測溫儀(9)發射的紅外線照射到巖芯指定的部位，調整導波器(16)的角度，使電磁波系統(8)發出的電磁波束能覆蓋整個巖芯；

步驟11、調整電磁波系統(8)的電磁波功率，打開電磁波系統(8)和紅外線測溫儀(9)，待巖芯溫度達到目標溫度后，關閉電磁波系統(8)，停止微波照射，并打開巖芯輸氮控制閥門，并保證巖芯始終充分浸泡在液氮之中，

步驟12、到達設定時間后關閉巖芯輸氮控制閥門，

步驟13、觀察巖芯的表面裂紋狀態，待巖芯自然恢復至常溫后取出巖芯，

步驟14、將取出的巖芯進行物理力學性質實驗。