孔下三轴压缩‑侧向静载荷‑扭转岩土体测试机器人制造技术

本实用新型专利技术提供了一种孔下三轴压缩‑侧向静载荷‑扭转岩土体测试机器人，包括机架，在所述机架的上部安装有进行侧向实验和扭转实验的侧向实验部，在机架的下部安装有进行三轴压力测试的垂直实验部，和通过测量元件获取测量数据并通过线缆输送至位于地面数据主机的测试单元。本实用新型专利技术可以在任意深度、各种岩土体、各种含水率的孔下进行原位三轴压缩‑侧向静载荷‑扭转岩土体实验，得到岩土体的多项强度指标，充分满足现场实验各项指标要求。实现了原位对岩土体准确、快速的测试，解决了目前岩体原位测试缺乏简单易用、测量结果准确的测量设备的问题，可广泛用于大岩土行业的岩土体强度测试。

【技术实现步骤摘要】
孔下三轴压缩-侧向静载荷-扭转岩土体测试机器人
本技术涉及地质勘探领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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，本技术提供孔下三轴压缩-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。在本技术的一个实施方式中，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。在本技术的一个实施方式中，所述径向动力装置为柔性材料制作的第一气囊，和通过管路与所述第一气囊连接的第一气源，所述第一气囊分别与所述反力板和所述旋转筒固定。在本技术的一个实施方式中，所述旋转动力装置包括安装在所述固定管内以驱动所述旋转筒相对转动的旋转电机，所述旋转筒的内表面圆周安装有内齿轮，所述旋转电机的驱动轴上安装有与所述内齿轮啮合的外齿轮。在本技术的一个实施方式中，所述切削装置包括外部的环形筒体，安装在所述筒体内侧面的环形切刀，所述切刀的顶部固定有施压板，在所述施压板和所述机架之间安装有施加轴向力的第二气囊，以及通过管路为所述第二气囊供气的气源；所述第二气囊为环形气囊，所述施压板为与所述环形气囊对应的环形板。在本技术的一个实施方式中，所述三轴压缩实验装置包括安装在所述切刀内侧面围成环形以施加径向力的第三气囊，和安装在所述切刀内顶部施加轴向力的第四气囊，以及安装在所述机架上为所述第三气囊、所述第四气囊供气的气源，在所述第三气囊和第四气囊上安装有检测压力的传感器；所述机架在所述第二气囊的中间通道处设置有固定台，所述第四气囊的上表面与所述固定台的下表面固定，下表面上安装有垂直加压板。在本技术的一个实施方式中，所述侧向实验部还包括去除孔下中虚土的去虚土装置，所述去虚土装置包括位于所述反力板与反力板之间的切片，和设置在所述固定架上且向所述旋转轴的径向延伸以滑动安装所述切片的滑动轨道，所述滑动轨道与所述反力板的移动轨道重合。在本技术的一个实施方式中，计算侧向静载荷的公式如下：Ec(MPa)为侧向静载荷实验的变形模量，Ic为侧向承压板的形状系数，μ为土的泊松比，p为p-s曲线线性段的压力(kpa)，sc为与p对应的位移(mm)。在本技术的一个实施方式中，计算侧向扭转力的公式如下：其中，τ为反力板与土体间的剪力，Me为准静态时的扭矩，WP为扭转截面系数；根据反力板与土体间侧向摩擦的摩阻力值qsh，和材料系数α，可得：在本技术的一个实施方式中，计算三轴压缩的公式为：根据摩尔-库伦破坏包络线，得到强度包线，再得到抗剪强度公式：τfc＝c+σtanφ其中，c为土的粘聚力，φ为土的内摩察角。本技术的孔下强度测试机器人可以在任意深度、各种岩土体、各种含水率的孔下进行原位三轴压缩-侧向静载荷-扭转岩土体实验，得到岩土体的多项强度指标，充分满足现场实验各项指标要求。实现了在原位状态下对岩土体准确、快速的测试，解决了目前岩体原位测试缺乏简单易用、测量结果准确的测量设备的问题，可广泛用于大岩土行业的岩土体强度参数测试。附图说明图1是本技术一个实施方式的测试机器人结构示意图；图2是本技术一个实施方式的侧向实验部的剖视图；图3是本技术另一个实施方式的测试机器人结构示意图。具体实施方式如图1、2所示，本技术一个实施方式的孔下三轴压缩-侧向静载荷-扭转岩土体测试机器人100一般性地包括一个可以通过缆索在地下钻孔中出入的机架10，在机本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.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，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的孔下三轴压缩-侧向静载荷-扭转岩土体测试机器人，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的孔下三轴压缩-侧向静载荷-扭转岩土体测试机器人，其特征在于，所述径向动力装置为柔性材料制作的第一气囊，和通过管路与所述第一气囊连接的第一气源，所述第一气囊分别与所述反力板和所述旋转筒固定。4.根据权利要求1-3任一所述的孔下三轴压缩-侧向静载荷-扭转岩土体测试机器人，其特征在于：所述旋转动力装置包括安装在所述固定管内以驱动所述旋转筒相对转动的旋转电机，所述旋转筒的内表面圆周安装有内齿轮，所述旋转电机的驱动轴上安装有与所述内齿轮啮合的外齿轮。5.根据权利要求1所述的孔下三轴压缩-侧向静载荷-扭转岩土体测试机器人，其特征在于，所述切削装置包括外部的环形筒体，安装在所述筒体内侧面的环形切刀，所述切刀的顶部固定有施压板，在所述施压板和所述机架之间安装有施加轴向力的第二气囊，以及通过管路为所述第二气囊供气的气源；所述第二气囊为环形气囊，所述施压板为与所述环形气囊对应的环形板。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：孟达，郑梦雨，
申请(专利权)人：北京雷雨达科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11