当前位置: 首页 > 专利查询>武汉大学专利>正文

双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置制造方法及图纸

技术编号:19747205 阅读:33 留言:0更新日期:2018-12-12 05:04
本实用新型专利技术提供了一种双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置,其特征在于,包括:底座垫板;承载台,用于承载岩石试样;四块承压板,直立在承载台上,分别与岩石试样的四个侧面相对应;四块反力板,设置在底座垫板的边侧区域上,分别与四块承压板相对向;两个第一传力柱,分别安装在相邻的两个反力板上,并且抵接承压板;两个固定套,分别安装在相邻的另外两个反力板上;两个第二传力柱,分别设置在两个固定套内,并且抵接承压板,第二传力柱上设有与驱动构件相连接的连接口;两组拉杆,每组拉杆固定连接相对向的两个反力板;以及四组声发射监测传感器,分别与岩石试样的四个侧面相对应,监测岩石试样裂纹的形成和扩展过程。

【技术实现步骤摘要】
双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置
本技术属于实验装置领域,具体涉及一种双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置。
技术介绍
全断面隧道掘进机TBM(TunnelBoringMachine)广泛应用于长大深埋隧道施工,相比于传统钻爆施工的工法,TBM具有安全、机械化程度高、施工质量好、掘进速度快、作业环境好、综合效益高等优点。TBM通过安装于刀盘上的滚刀切削岩体以达到破岩掘进目的,在滚刀侵入并切削掌子面岩体过程中,岩体内部将产生损伤破裂并不断扩展发育,最终形成贯通裂纹使得岩块从掌子面剥落。随着西部大开发的逐渐深入,山岭隧道工程TBM掘进越来越多地面临高地应力赋存条件。因此,研究岩体在高围压赋存条件下滚刀破岩过程的力学特性显得尤为重要。TBM施工现场环境复杂,可操作空间狭小,重要的实验仪器设备难以安装于刀盘或掘进面位置,此外掘进过程TBM机身剧烈的振动也将对实验结果产生影响。
技术实现思路
本技术是为了解决上述问题而进行的,目的在于提供一种双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置,能够在室内有效模拟施工现场TBM滚刀贯入掌子面的破岩过程并监测岩体的裂纹扩展情况。本技术为了实现上述目的,采用了以下方案:本技术提供一种双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置,其特征在于,包括:底座垫板;承载台,安装在底座垫板的中部区域上,用于承载立方体形状的岩石试样;四块承压板,直立在承载台上,分别与岩石试样的四个侧面相对应;四块反力板,设置在底座垫板的边侧区域上,分别与四块承压板相对向;两个第一传力柱,分别安装在相邻的两个反力板上,向着对应的承压板延伸,并且抵接承压板;两个固定套,分别安装在相邻的另外两个反力板上;两个第二传力柱,分别设置在两个固定套内,向着对应的承压板延伸,并且抵接承压板,第二传力柱上设有与驱动构件相连接的连接口;两组拉杆,每组拉杆固定连接相对向的两个反力板;以及四组声发射监测传感器,分别与岩石试样的四个侧面相对应,监测岩石试样裂纹的形成和扩展过程。在本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置中,还可以包括:四组声发射监测传感器分别设置在岩石试样的四个侧面上,承压板上设有与对应的侧面上的声发射监测传感器相匹配的避让槽。在本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置中,还可以具有这样的特征:四组声发射监测传感器中,每组包含两个声发射监测传感器,每块承压板上设有两个避让槽,并且该避让槽的侧面设有让声发射监测传感器的传输线通过的开口。在本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置中,还可以具有这样的特征:两个避让槽分别设置在承压板的上侧区域和相邻的一个边侧区域上,避让槽为圆形凹槽,中心到承压板边缘的最短距离为承压板相应边长的1/7~1/3。在本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置中,还可以包括:两个液压千斤顶,作为驱动构件分别与两个第二传力柱上的连接口相连,并驱动第二传力柱对岩石试样施加侧向约束力。在本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置中,还可以具有这样的特征:在固定套上设有向着侧面开口的开口槽,该开口槽与液压千斤顶的油管相匹配。在本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置中,还可以具有这样的特征:两个第一传力柱通过螺栓固定安装在相邻的两个反力板上,两个固定套通过螺栓分别固定安装在相邻的另外两个反力板上。在本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置中,还可以包括:声发射采集仪,与四组声发射监测传感器通信连接,接收声发射监测传感器监测到的裂纹信息。在本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置中,还可以包括:摄相机,拍摄并记录岩石试样的宏观裂纹扩展过程。在本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置中,还可以包括:破岩部,包含:液压驱动机,和安装在液压驱动机的驱动端上的滚刀,滚刀朝向岩石试样的顶面。技术的作用与效果由于具有上述结构特征,因此本技术所提供的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置具有如下作用与效果:1.针对TBM施工过程中遇到的不同地层及地质情况,可以通过采取现场取样将岩石加工成岩石试样岩样,便于进行不同岩石加载过程中的监测分析。2.能够模拟施工现场的实际地应力情况,结合岩石种类这一变量因素,可进行双变量的正交试验研究。3.布置了四组声发射监测传感器,能够准确和有效的监测岩石破裂损伤过程中的声发射信息。4.相较于TBM施工现场的剧烈振动、施工噪音、狭窄空间,本装置在室内进行实验,能够排除试验无关的环境因素影响,并实现试验的可重复性,得到准确的实验结果。综上,本技术所提供的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置,能够在室内有效模拟施工现场TBM滚刀贯入掌子面的破岩过程,并能够通过声发射监测传感器监测岩体内部的损伤破裂演化直至最终的裂纹形成及扩展情况,从而为TBM刀盘刀具设计改进及TBM运行策略优化提供重要依据。附图说明图1是实施例中涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置的结构示意图;图2是实施例中涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置的部分结构示意图;图3是实施例中涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置的部分结构的分解图;图4是实施例中涉及的底座垫板的结构示意图;图5是实施例中涉及的承载台的结构示意图;图6是实施例中涉及的承压板的结构示意图;图7是实施例中涉及的反力板的结构示意图;图8是实施例中涉及的传力柱的横截面结构示意图;图9是实施例中涉及的固定套的结构示意图,其中(a)为仰视图,(b)为侧示图;图10是实施例中涉及的拉杆的结构示意图。具体实施方式以下参照附图对本技术所涉及的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置作详细阐述。<实施例>如图1至3所示,双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置100包括底座垫板11、承载台12、四组声发射监测传感器13、四块承压板14、声发射采集仪(图中未显示)、四块反力板15、两个第一传力柱16、两个固定套17、两个第二传力柱18、两个液压千斤顶、两组拉杆19、破岩部20、以及摄相机(图中未显示)。本实施例中,底座垫板11采用30mm厚钢板加工而成,如图4所示,它的中部区域布置有四个螺栓孔11a,用于安装承载台12;右边侧区域和下边侧区域各布置有三个螺栓孔11b,用于安装反力板14。如图2、3、5所示,承载台12通过螺栓固定安装在底座垫板11中部区域上,用于承载立方体形状的岩石试样S。如图3所示,四组声发射监测传感器13分别与岩石试样S的四个竖直侧面相对应,用于监测岩石试样S裂纹的形成和扩展过程。本实施例中,四组声发射监测传感器13分别被贴合在岩石试样S的四个侧面上,并且每组包含两个声发射监测传感器13。具体地,是在岩石试样S每个侧面上各布置两个声发射监测传感器13,在声发射监测传感器13表面涂抹薄层凡士林,用502胶体将声发射监测传感器13贴合岩石试样S表面。本实施例中所采用的声发射监测传感器13是美国物理声学公司(PAC)的Nano30型声发射传感器。如图2、3所示,四块承压板14直立在承载台12上,围绕岩石试样S设置,四块承压板14分别与岩石试样S的四个侧面相对应,并相接触。如图6所示,本实施例中,每块承压板14上都设有两个避让槽14a,这两个避让槽14a与贴合在岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置,其特征在于,包括:底座垫板;承载台,安装在所述底座垫板的中部区域上,用于承载立方体形状的岩石试样;四块承压板,直立在所述承载台上,分别与所述岩石试样的四个侧面相对应;四块反力板,设置在所述底座垫板的边侧区域上,分别与所述四块承压板相对向;两个第一传力柱,分别安装在相邻的两个所述反力板上,向着对应的所述承压板延伸,并且抵接所述承压板;两个固定套,分别安装在相邻的另外两个所述反力板上;两个第二传力柱,分别设置在所述两个固定套内,向着对应的所述承压板延伸,并且抵接所述承压板,所述第二传力柱上设有与驱动构件相连接的连接口;两组拉杆,每组拉杆固定连接相对向的两个所述反力板;以及四组声发射监测传感器,分别与所述岩石试样的四个所述侧面相对应,监测所述岩石试样裂纹的形成和扩展过程。

【技术特征摘要】
1.一种双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置,其特征在于,包括:底座垫板;承载台,安装在所述底座垫板的中部区域上,用于承载立方体形状的岩石试样;四块承压板,直立在所述承载台上,分别与所述岩石试样的四个侧面相对应;四块反力板,设置在所述底座垫板的边侧区域上,分别与所述四块承压板相对向;两个第一传力柱,分别安装在相邻的两个所述反力板上,向着对应的所述承压板延伸,并且抵接所述承压板;两个固定套,分别安装在相邻的另外两个所述反力板上;两个第二传力柱,分别设置在所述两个固定套内,向着对应的所述承压板延伸,并且抵接所述承压板,所述第二传力柱上设有与驱动构件相连接的连接口;两组拉杆,每组拉杆固定连接相对向的两个所述反力板;以及四组声发射监测传感器,分别与所述岩石试样的四个所述侧面相对应,监测所述岩石试样裂纹的形成和扩展过程。2.根据权利要求1所述的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置,其特征在于:其中,所述四组声发射监测传感器分别设置在岩石试样的四个侧面上,所述承压板上设有与对应的所述侧面上的所述声发射监测传感器相匹配的避让槽。3.根据权利要求2所述的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装置,其特征在于:其中,所述四组声发射监测传感器中,每组包含两个所述声发射监测传感器,每块所述承压板上设有两个所述避让槽,并且该避让槽的侧面设有让所述声发射监测传感器的传输线通过的开口。4.根据权利要求3所述的双向围压滚刀侵入破岩模拟实验装...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘泉声黄涛刘琪张晓平
申请(专利权)人:武汉大学
类型:新型
国别省市:湖北,42

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1