[实用新型]孔下三轴压缩‑侧向静载荷‑扭转岩土体测试机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及地质勘探领域，特别是涉及一种能够同时实现地下原位岩土体侧向静载荷、扭转及原位岩土体三轴压缩实验的孔下原位强度测试机器人。

背景技术

岩土体的原位测试强度参数与室内试验强度参数的传统方法比较起来具有明显的优点：

1)可以在拟建场地进行岩土体孔下原位测试，无需取样，避免了因取样由于扰动带来的一系列问题，如原状岩土样扰动及含水量变化等问题；

2)原位测试所涉及的岩土尺寸教室内实验可以大些，因而更能反映岩土体的宏观结构对岩土体的力学性质的影响。

原位测试工作主要是在结构工程设计之前的岩土体工程勘察阶段进行的，必须获得岩土的物理力学参数，提供给设计部门作为基础数据，因此，必须做到数据准确、可靠、稳定，才会使设计部门的设计结构安全可靠，进而确保生命和财产的安全。

目前，土体的原位测试实验包括在地面上的静载荷实验、剪切实验以及大剪实验等；和钻孔下的十字剪切实验、旁压试验、静力触探、动力触探、标准贯入实验等。

岩体的实验主要有岩体变形实验、岩体强度实验、岩石点荷载强度实验、岩体声波探测(包括硐室围岩松动圈的声波测试、声波测井、围岩分类的声波测试)、路基沉降实验、围岩收敛变形实验、硐室的工程地质展示图等。

岩体在外荷载或者卸荷作用下的破坏方式一般为剪破坏和拉张破坏，其中剪切破坏占大多数。因此，岩体破坏的本质就是剪切破坏和拉张破坏强度，岩体强度的原位测试主要是测得岩体的剪切和拉张强度。目前采用的原位地面实验，可以测得岩体的摩擦角c和内聚力值，c、值是岩体强度的重要指标，它代表着岩体抵抗剪切破坏的性能。

岩体结构单元是由岩块(块状、板状的，完整或者碎裂)、结构面(软弱 结构面、坚硬结构面)以及充填物等组成，由于各种结构面的发育和分布的不均匀性，使其变形性质比岩石变形复杂得多，因而岩体的变形不能由岩石的变形所表述，必须通过岩体变形实验测定其变形指标。岩体变形实验是为测定岩体在一定的载荷作用或者卸荷作用下变形特性指标而进行的岩体现场实验。通过实验测定岩体的变形模量、弹性模量以及变形系数等岩石工程中不可缺少的岩体力学参数。该试验可以得到岩体的变形模量和弹性模量。

岩体的物理力学参数是基础数据，如果得不到准确值，对任何岩体工程的强度设计、变形验算、稳定性，就得不到精确的设计和评价，所以大多数的工程规范都有安全系数来增大安全的保障。对于煤矿工程，涉及到巷道支护的设计基础数据，要明确测得巷道围岩的力学参数，来保证支护设计的合理性、经济造价和工期；松动圈的扩展速度、范围及扩展规律等；围岩在卸荷状态下数值模拟，也要精确得到围岩各层岩体的力学参数才能得到理想的结果。

岩体原位测试是在现场制备试件模拟工程作用对岩体施加外荷载，进而求取岩体力学参数的试验方法，是岩土工程勘察的重要手段之一。岩体原位测试的最大优点是对岩体扰动小，尽可能地保持了岩体的天然结构和环境状态，使测出的岩体力学参数直观、准确。

目前，岩体的原位测试一般是采用多个独立的设备分别进行不同的实验，再根据不同设备的测试数据得到相关测试结果，该方式导致测试过程繁琐冗长，缺少实现全自动化的智能测试机器人。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种可进行孔下岩土体原位三轴压缩-侧向静载荷-扭转岩土体的孔下原位岩土强度测试的机器人。

特别地，本实用新型提供孔下三轴压缩-侧向静载荷-扭转岩土体测试机器人，包括提供安装空间的机架，所述机架上安装有：

侧向实验部，安装在所述机架的上部，包括固定在所述机架轴线上的固定管，和活动套在固定管外部的旋转筒，和可径向移动地安装在所述旋转筒圆周的多个弧形的反力板，安装在所述反力板和所述旋转筒之间的径向动力装置，以及驱动所述旋转筒和所述反力板同步旋转的旋转动力装置；

垂直实验部，固定在所述机架的下部，包括垂直向下切削岩土的切削装置，以及位于所述切削装置内部对切削的岩土进行三轴压力测试的三轴压缩实验装置；

测试单元，通过测量元件获取所述侧向实验部和所述垂直实验部的测量数据，并通过线缆输送至位于地面的数据主机。

在本实用新型的一个实施方式中，所述旋转筒的径向上设置有固定架，所述固定架的顶部和底部分别设置有垂直于所述旋转筒的滑轨，所述反力板通过设置在上下两端处的滑块卡在所述滑轨上。