[发明专利]一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪

说明书

本发明属于岩体力学试验设备技术领域，公开了一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，包括：框架、升降装置、底座、围压桶、上座、传力轴组、传力轴支架、扭矩施加结构、扭矩传感器、联轴器和控制器。本方明提供了一种能够保证扭矩施加精度和可靠性的扭剪仪。

技术领域

本发明涉及岩体力学试验设备技术领域，特别涉及一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪。

背景技术

在交通、水利水电、采矿等基础工程建设和资源/能源开发领域需要建设大量深埋长大隧道(隧洞、巷道)，TBM(全断面岩石隧道掘进机)以其安全、高效、经济等独特优势成为深埋长大隧道(隧洞、巷道)施工的最佳选择和必然发展方向。TBM开挖过程会引起围岩应力发生持续调整，其突出特点是：主应力量值大幅度改变同时伴随应力主轴大角度旋转。在深埋高应力条件下，围岩应力的上述变化常导致高强度岩爆、大变形卡机等重大工程灾害频发，严重威胁人员和施工安全，经济损失巨大。因此，深入揭示深部地层TBM掘进围岩主应力量值改变和应力主轴旋转组合条件下围岩破坏机理和力学特征是进行上述重大工程灾害准确预测与可靠防控的基本前提和科学依据，也是深部地层TBM选型和系统适应性设计需要重点考虑的关键因素。

国内外现有的岩石力学试验仪器中，可以模拟复杂应力路径的包括：岩石空心圆柱扭剪仪。但是在其工作过程中，施加的扭矩是通过扭矩施加动力原件反算得到的，但是由于机械传导结构本身的缝隙间隙，摩擦等因素等，导致实际作用在终端试样上的值损失了部分，从而导致实验数据严重失真。

发明内容

本发明提供一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，解决现有技术中扭矩施力过程结构性扭矩损失，导致试验可靠性和精度的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，包括：框架、升降装置、底座、围压桶、上座、传力轴组、传力轴支架、扭矩施加结构、扭矩传感器、联轴器和控制器；

所述传力轴组包括：通过所述联轴器连接的第一传力轴和第二传力轴；所述扭矩传感器设置在所述联轴器上，用于检测传力轴组上的扭矩；

所述升降装置固定在所述框架上，所述底座固定在所述升降装置上；

所述围压桶固定在所述底座上，围压桶内腔中设置一用于固定试样底端的下压头；

所述上座固定在所述围压桶上部，与所述围压桶以及所述底座围成试样反应空间；

所述第一传力轴中部嵌于所述上座内，底部位于所述反应空间内，所述第一传力轴底端设置一用于固定试样顶端的上压头；

所述第一传力轴中部位于所述上座内的杆身上设置一活塞，所述上座内设置一与所述活塞匹配的施力油腔，所述活塞将所述施力油腔分隔成上施力油腔和下施力油腔；

所述传力轴组通过所述传力轴支架固定在所述框架上，相对所述框架保持轴向和径向静止；

所述扭矩施加结构固定在所述框架上，与所述第二传力轴上部相连，用于施加扭矩；

所述围压桶、所述上施力油腔和所述下施力油腔均设置用于与外部液压元件连接的输油通道；

所述控制器分别与所述扭矩施加结构、所述升降装置、液压元件以及所述扭矩传感器相连；

其中，所述扭矩传感器经由所述控制器控制所述扭矩施加结构；

所述控制器对所述升降装置以及所述液压元件实现连锁控制，当所述液压元件向所述施力油腔供油或者泄油，驱动所述反应空间相对于所述传力轴上下移动时，所述升降装置跟所述反应空间移动。

进一步地，所述升降装置包括：液压动力元件、导轨以及升降支座；

所述导轨固定在所述框架上，所述升降支座通过与所述导轨匹配的滑块固定在所述导轨上；