[发明专利]岩石试样扭裂破坏实验装置及模拟岩石试样扭裂破坏方法

说明书

本发明公开了一种岩石试样扭裂破坏实验装置及模拟岩石试样扭裂破坏方法，装置包括主机架上横梁和下横梁上分别安装有主液压缸组和双杆液压缸组，主液压缸组的主活塞杆穿过上横梁的端部设置有一负荷传感器；上横梁的下表面正对主活塞杆处设置有防转机构；防转机构上设置有试样上压块；双杆液压缸组的副活塞杆一端穿过下横梁、并在其上安装上试样下压块，试样下压块上开设有与试样上压块上的凹槽配合的凹槽；副活塞杆另一端穿出副缸体、并在其上安装上轴承；下横梁的一侧设置有动力输出机构，动力输出机构通过传动机构与连接轴连接；连接轴上安装有扭矩传感器，扭矩传感器另一端与副活塞杆设置有轴承的端部固定连接。

技术领域

本发明涉及岩石力学性能测试装置，具体涉及一种岩石试样扭裂破坏实验装置及模拟岩石试样扭裂破坏方法。

背景技术

随着地下采矿持续深入到地下深部，岩石破裂问题愈来愈复杂。除了典型的岩爆、冲击地压、高水压可能导致岩石破裂以外，破裂方式也趋近于复杂化。岩石扭裂破坏是一种三向受力形成的反平面剪切破坏，岩石破坏的本质原因是内部微裂隙的萌生、扩展，以及裂隙间相互贯通，最后形成宏观断裂面的过程，受力方式、岩石的破裂方式均较为复杂。

目前在本领域仍没有针对性的设备，这意味着无法真正实验岩石的扭裂破坏，这无疑为开展该问题的相应研究带来了无法克服的困难。为了适应采矿活动发展的需求，进一步拓宽岩石破裂实验研究的范畴。有必要针对性地研发一台试验设备，再现岩石扭裂破坏全过程，为开展该领域的研究提供实验基础。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种能够给岩石试样施加轴向压力和扭矩的岩石试样扭裂破坏实验装置及模拟岩石试样扭裂破坏方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种岩石试样扭裂破坏实验装置，其包括主机架，主机架上横梁和下横梁上分别安装有用于给岩石试样施加压力的主液压缸组和双杆液压缸组，主液压缸组的主活塞杆穿过上横梁的端部设置有一负荷传感器；上横梁的下表面正对主活塞杆处设置有限制负荷传感器和主活塞杆旋转的防转机构；

防转机构上设置有其上具有与岩石试样配合的凹槽的试样上压块；双杆液压缸组的副活塞杆一端穿过下横梁、并在其上安装上试样下压块，试样下压块上开设有与试样上压块上的凹槽配合用于装夹岩石试样的凹槽；副活塞杆另一端穿出副缸体、并在其上安装上轴承；

下横梁的一侧设置有给岩石试样施加扭矩的动力输出机构，动力输出机构通过传动机构与连接轴连接；连接轴上安装有扭矩传感器，扭矩传感器另一端与副活塞杆设置有轴承的端部固定连接；扭矩传感器、负荷传感器、主液压缸组、双杆液压缸组和动力输出机构均与控制模块连接。

优选地，防转机构包括防转固定套和与负荷传感器固定连接的防转压板，防转固定套套设在主液压缸组穿过上横梁的主活塞杆上、并用锁紧件固定在上横梁上；防转固定套上设置有防转立柱，防转压板上设置有与所述防转立柱配合、用于限制防转压板转动的限位孔；试样上压块安装于防转压板的下表面。

优选地，动力输出机构包括相互连接的伺服电机和行星减速机，伺服电机和行星减速机均固定在与下横梁固定连接的安装架上，伺服电机与控制模块连接。

优选地，传动机构包括安装于行星减速机动力输出轴上的皮带轮和固定在连接轴上的同步轮，同步轮和皮带轮通过传输皮带连接。

优选地，同步轮的直径大于皮带轮的直径。

优选地，主液压缸组包括主缸体、与液压站连接的伺服阀和设置于主缸体内、且两端延伸出主缸体的主活塞杆，主活塞杆中部的活塞将主缸体分割成上油缸和下油缸，伺服阀穿过平衡阀固定在主缸体上设置的阀座上；

伺服阀的四个油孔通过油管分别与主液压缸组的上油缸和下油缸上的进油孔、出油孔连通；主活塞杆未设置负荷传感器的一端处设置有采集主活塞杆位移量的光电编码器；光电编码器、伺服阀和平衡阀均与控制模块连接。