[发明专利]便携式岩石转动摩擦试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种便携式岩石转动摩擦试验装置，其特征在于，长方体形的机箱（13）由左、右侧立板，顶板，底板以及后侧立板围合组成；矩形框状的钢板底座（12）采用膨胀螺栓（122）锚固在试验岩壁（11）上，钢板底座（12）的两个长边框上上下对称地开有两排螺孔（123），该两个长边框上位于两排螺孔（123）内侧分别焊接有一个矩形卡槽（121），机箱（13）的顶板和底板的前端上固定的两排矩形滑块（131）分别活动置于两个矩形卡槽（121）内并与之形成滑动配合，机箱的顶板和底板二者前端外表面上分别焊接有两个耳板，每个耳板上开有采用长螺栓（133）将机箱（13）在钢板底座（12）的上下两排螺孔（123）上进行固定的外伸螺孔（132）；隔磁材料的机箱（13）的顶板和底板的内表面上分别设置有一排滑槽滚珠（136），内置机箱（31）的顶板和底板上分别安装固定有用作与滑槽滚珠（136）形成滑动配合的滑槽（311），电机（32）安装在内置机箱（31）内，电机主轴（33）与减速器（34）连接，减速器（34）输出轴经轴承（35）连接位于内置机箱（31）外的岩石夹具（23），轴承（35）安装固定在内置机箱（31）的前侧立板上，岩石夹具（23）前端面上有一供圆柱状岩芯作为动摩擦试件（22）插入的盲孔，岩石夹具（23）前部外周上均布有供锁紧螺钉（234）旋入来固定动摩擦试件的多个螺孔，岩石夹具（23）后端面上有一供减速器输出轴插入的盲孔，岩石夹具（23）后部上开有一个供插销（231）插入的贯通孔，减速器输出轴前部沿垂直于其轴线方向开有一个供插销（231）穿过将其与岩石夹具（23）相固定的通孔；扭矩传感器（53）和转速传感器（52）均设置在位于内置机箱（31）内的减速器输出轴上；机箱（13）的后侧立板上固定有一个隔磁材料的圆筒，旋拧活塞（44）与该圆筒的内螺纹（46）形成螺旋配合，旋拧杆（45）固定在旋拧活塞（44）上，应力传感器（51）、永久磁铁（41）以及通电后产生与永久磁铁（41）相互排斥电磁力的电磁铁（42）从前向后顺次活动地设置在该圆筒内，旋拧活塞（44）前端面经承接装置（43）与电磁铁后端面连接，该承接装置为：半球形壳体固定在电磁铁后端面上，圆球上的短轴伸出该半球形壳体后固定在旋拧活塞（44）上；应力传感器（51）前端面顶靠在内置机箱（31）的后侧立板上；所述电机主轴（ 33 ） 端部通过插销（231）与岩石夹具（23）、岩石取芯机头或岩石打磨机头可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的便携式岩石转动摩擦试验装置，其特征在于，所述两排矩形滑块（131）均为多个相同的矩形滑块；所述动摩擦试件（22）、电机主轴（33）、圆筒以及旋拧杆（45）的中轴线均为同一直线；所述卡槽（121）内装有润滑油。

3.根据权利要求2所述的便携式岩石转动摩擦试验装置，其特征在于，所述机箱（13）顶板上安装有一个机箱扶手（135）。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的便携式岩石转动摩擦试验装置，其特征在于，所述机箱（13）左侧立板上开设有矩形操作窗口（134）。

5.根据权利要求4所述的便携式岩石转动摩擦试验装置，其特征在于，所述机箱（13）的左侧立板上设置有电机电源线接口（322）以及电磁铁电源线接口（421）。

6.一种采用如权利要求1所述的转动摩擦试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取滑坡后壁或与滑坡后壁岩性相同的岩体上较平整的部位，用充电式钻机钻好安装膨胀螺栓的钻孔，随后用膨胀螺栓将钢板底座（12）固定于试验岩壁（11）上；

S2、组装好机箱（13），并将机箱（13）底部两排矩形滑块（131）对应套入钢板底座（12）上的两排定向卡槽（121）中，然后用长螺栓（133）穿过机箱（13）底部外伸螺孔（132），并旋拧入矩形钢板底座（12）上对应设置的螺孔（123）中，从而将机箱（13）固定在矩形钢板底座（12）上；

S3、电机主轴（33）端部安装上岩石打磨机头，转动调节旋拧杆（45）使岩石打磨机头接触到试验岩壁（11）待打磨区域，接通电磁铁电源施加压力并启动电机（32），开始打磨，直至打磨出一个圆形平整区域，然后多次更换机箱（13）位置，拧出长螺栓（133），推动机箱（13）在钢板底座（12）上所设置的卡槽（121）中左右横移一定距离，再拧入长螺栓（133）将机箱（13）固定在钢板底座（12）上，再打磨，直至打磨出满足试验要求数量的圆形平整区域；

S4、将电机主轴（33）端部的岩石打磨机头拆掉，再安装上岩石取芯机头，调整机箱（13）位置，转动旋拧杆（45）调整岩石取芯机头接触到滑坡后壁已打磨好的圆形平整区域，设置岩石取芯半径小于岩石打磨半径，接通电磁铁电源施加压力并启动电机（32），开始钻进取芯，取得一根长约3cm左右的岩芯，岩芯取自打磨平整岩面，所以岩芯一端面平整，另一端面不规则，然后多次更换机箱（13）位置重复钻进取芯，直至取得1/2倍已打磨好圆形区域数量的岩芯，试验前样品准备就绪，其中试验岩壁（11）已打磨平整区域为静止摩擦试件（21），取得的岩芯为动摩擦试件（22）；

S5、在电机主轴（33）端部重新安装上岩石夹具（23），将动摩擦试件（22）固定于岩石夹具（23）中，使其打磨平整一端朝外，更换机箱（13）位置至动摩擦试件（22）对准一处已打磨好但未取芯的圆形平整区域作为静止摩擦试件（21），然后转动旋拧杆（45）使得动摩擦试件（22）打磨平整一端刚好平面接触静止摩擦试件（21）表面；

S6、电磁铁（42）接通预设组数电池组电源，使应力传感器（51）读数恰好达到预设压力值，试验前加载系统准备就绪；

S7、启动电机（32），同时调节电机电源输出功率，使其转速达到预设试验速度，岩石摩擦试验开始；试验中扭矩传感器（53）实时监测动摩擦系统中岩石转动摩擦接触面之间动摩擦系数的变化；

S8、改变电磁铁电源接入电池组的组数，重复S5~S7，开展不同法向荷载作用下的岩石转动摩擦试验；

S9、改变电机电源接入电池组的组数，重复S5~S7，开展不同摩擦速度下的岩石转动摩擦试验。