[实用新型]一种岩石空心圆柱扭剪仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩体力学试验设备技术领域，特别涉及一种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，施加轴力过程和扭矩的过程会相互干扰，导致施加在空心岩样上的力精度和可靠性降低；另一方面，试验机待机阶段，悬在半空中的施力组件存在晃动或者碰撞等安全问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种岩石空心圆柱扭剪仪，解决现有技术中轴向施力和扭矩施力过程相互影响，导致试验可靠性和精度的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种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、传力轴支架、扭矩施加结构和控制器；

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，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，所述传力轴底端设置一用于固定试样顶端的上压头；

所述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；

所述传力轴上部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、所述升降结构以及液压元件相连；

其中，所述扭矩施加结构包括：液压驱动结构、齿条以及齿轮；所述齿轮套接在所述传力轴上，所述齿条与所述齿轮啮合，所述液压驱动结构输出端与所述齿条相连，驱动所述齿条沿轴向运动，所述液压驱动结构底部固定在所述框架上；

所述控制器对所述升降结构以及所述液压元件实现连锁控制，当所述外部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；

所述液压动力元件固定在所述框架与所述升降支座之间，驱动所述升降支座沿所述导轨移动。

进一步地，所述液压动力元件包括：液压千斤顶。

进一步地，所述围压桶内开设的输油通道包括：

位于所述上座以及底座上，连通所述围压桶内腔的输油通道；

位于所述底座上，连通岩石空心圆柱试样内腔的输油通道。

进一步地，所述上压头以及所述下压头上设置粘连结构，用于将所述试样的端部分别粘接在所述上压头和下压头上。

进一步地，传力轴支架包括：第一支架以及第一法兰丝扣；

所述第一支架两端固定在所述框架上，中部通过所述第一法兰丝扣与所述传力轴相连。

进一步地，所述传力轴支架还包括：第二支架以及第二法兰丝扣；

所述第二支架两端固定在所述框架上，中部通过所述第二法兰丝扣与所述传力轴相连；

其中，所述第一法兰丝扣和所述第二法兰丝扣分别位于所述传力轴中部和上部。

进一步地，所述齿轮固定在所述第一法兰丝扣和所述第二法兰丝扣之间。

进一步地，所述液压驱动结构包括：第一驱动油缸以及第二驱动油缸；