[发明专利]TBM滚刀与高压水射流耦合破岩模拟试验系统与方法

权利要求书

1.一种TBM滚刀与高压水射流耦合破岩模拟试验系统，其特征是：包括立体反力框架、旋转破岩刀盘、水平推进装置、垂直推进装置、控制系统和测试系统，其中：

所述立体反力框架上设置有可移动横梁，所述可移动横梁的端部上设置旋转破岩刀盘，所述垂直推进装置被配置为推动所述可移动横梁垂直方向上的运动，所述水平推进装置被配置为推动旋转破岩刀盘进行水平方向的运动；

所述控制系统被配置为控制所述旋转破岩刀盘、水平推进装置和/或垂直推进装置的动作；

所述旋转破岩刀盘、垂直推进装置和水平推进装置上安装有位移和压力传感器，所述测试系统与各传感器连接，获取相应的试验数据；

所述旋转破岩刀盘包括刀盘和旋转驱动机构，所述刀盘不同半径位置上设有若干安装部，以安装滚刀刀座，所述滚刀刀座旁边设置水射流喷嘴，通过改变滚刀刀座的位置、调整旋转破岩刀盘的状态，实现模拟现场TBM滚刀或水射流耦合不同半径破岩过程；所述刀盘上设置有两个交叉的导轨，滚刀刀座滑动安装在导轨上，射流喷嘴通过喷嘴支架安装在滚刀刀座侧面上设置的射流导轨上，滚刀与喷嘴均通过各自导轨自由滑动，实现滚刀数量及位置可调，射流喷嘴位置可调。

2.如权利要求1所述的一种TBM滚刀与高压水射流耦合破岩模拟试验系统，其特征是：所述立体反力框架为由上部的顶梁、中间的立柱、下部的底梁构成的前后门式框架和之间连接横梁形成的立体框架结构；其中前门式框架上设有双向液压油缸和相应的推板，前门式框架前部设有反力横梁，其上安装水平油缸，前门式框架的底梁上设有承载移动托盘，通过下部的滑块和导轨实现将放置于承载移动托盘上的岩石试件安装在前门式框架内；

后门式框架的两个立柱之间设置有可移动横梁。

3.如权利要求1所述的一种TBM滚刀与高压水射流耦合破岩模拟试验系统，其特征是：所述可移动横梁上设置所述水平推进装置。

4.如权利要求1所述的一种TBM滚刀与高压水射流耦合破岩模拟试验系统，其特征是：所述刀盘不同半径位置上设有多个滚刀嵌口，以根据实际需要改变滚刀数量和位置。

5.如权利要求4所述的一种TBM滚刀与高压水射流耦合破岩模拟试验系统，其特征是：所述射流喷嘴设置在滚刀刀座旁边，与刀盘之间为可拆卸连接。

6.如权利要求1所述的一种TBM滚刀与高压水射流耦合破岩模拟试验系统，其特征是：所述喷嘴支架包括至少两个可转动连接的支杆，以使射流喷嘴的角度可调。

7.如权利要求1所述的一种TBM滚刀与高压水射流耦合破岩模拟试验系统，其特征是：所述垂直推进装置、水平推进装置上分别设置有压力传感器和位移传感器，以分别采集实验过程中刀盘的推力和位移；

或，所述旋转破岩刀盘上设置有多个压力传感器和位移传感器，以分别采集实验过程中刀盘上滚刀受力、刀盘扭矩、水射流压力和位移。

8.如权利要求1所述的一种TBM滚刀与高压水射流耦合破岩模拟试验系统，其特征是：所述立体反力框架上或者旁边设置有图像采集模块。

9.基于权利要求1-8中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：将射流喷嘴通过输水管与高压水射流系统连接，根据试验需要安装或者拆卸射流喷嘴；

将滚刀刀具安装在可移动横梁上，岩石试件安置在立体反力框架的指定位置，调整旋转破岩刀盘位置，使滚刀刀具在水平方向对准岩石试件；

进行应力加载，真实模拟掌子面岩石三向应力状态，旋转动力驱动刀盘旋转，水平推进装置使滚刀刀盘向岩石试件运动，在滚刀接触岩石试件时射流喷嘴喷射高压水射流共同耦合破岩；

破岩试验过程实时采集试验数据信息，直至试验结束。