一种脉冲激光弱化-诱导滚刀破岩试验平台及其测试方法技术

本发明专利技术公开一种脉冲激光弱化

A rock breaking test platform of pulse laser weakening induced hob and its test method

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台及其测试方法


[0001]本专利技术涉及破岩实验装置
，特别是涉及一种脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台及其测试方法。

技术介绍

[0002]当传统TBM遭遇到高岩体完整性，高岩体强度，高石英含量及高地应力岩体等不良地质条件时，作为破岩核心部件的盘形滚刀常出现空转现象，即只见刀转而不见进尺，容易形成滚刀磨损高、破岩效率低等工程问题。据统计，传统TBM掘进过程中盘形滚刀失效所带来的经济损失占工程总投资的近1/5左右，而由于更换失效滚刀所消耗的时间也占到工期的1/3。为解决滚刀破岩效率低下，磨损高等问题，水力切削，微波辐照等辅助破岩技术被逐步运用于辅助滚刀破岩过程之中，有效的提升了破岩效率。
[0003]但是常见辅助破岩手段作用下，滚刀仍需要施加较大破岩荷载对岩体进行碾压才能保证岩体的有效破碎，而滚刀荷载直接关系滚刀磨损，因此，常见辅助破岩技术未能兼顾破岩效率的提升与滚刀磨损的抑制，且通过碾压形成岩体内部裂纹的破岩模式能量传递效率较低。因此，研究利用激光良好方向性制造岩体初始孔洞诱导硬岩破碎的相关技术及试验装置非常重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台及其测试方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台，包括岩石料仓系统、刀架系统、应变记录系统及激光发生器系统；所述岩石料仓系统包括用于固定岩样的岩样支撑框架，所述岩样支撑框架上安装有施压组件，所述施压组件用于对所述岩样施加侧向围压；所述刀架系统包括滚刀支撑框架，所述滚刀支撑框架可拆卸连接在所述岩样支撑框架固定有所述岩样的一侧，所述滚刀支撑框架上滑动连接有刀架，所述刀架上转动连接有滚刀，所述滚刀与所述岩样对应设置；所述刀架上安装有驱动件，所述驱动件用于推动所述刀架；所述应变记录系统安装在所述刀架上，所述应变记录系统用于实时记录所述滚刀的受力情况；所述激光发生器系统包括固定安装在所述刀架上的激光发生器，所述激光发生器与所述滚刀安装在所述刀架的同一侧，所述激光发生器用于在切割所述岩样前形成激光射孔，所述激光发生器与所述滚刀对应设置。
[0006]优选的，所述应变记录系统包括固定在所述刀架上的法向方向应变片和切向方向应变片，所述法向方向应变片和所述切向方向应变片均电性连接有应变箱。
[0007]优选的，所述施压组件包括水平方向压头和水平方向垫板，所述水平方向压头滑动安装在所述岩样支撑框架的一侧；所述水平方向垫板设置在所述岩样相对的两侧，一所述水平方向垫板与所述水平方向压头抵接，另一所述水平方向垫板与所述岩样支撑框架抵接。
[0008]优选的，所述岩样支撑框架上固定连接有岩样底部支座，所述岩样底部支座位于两所述水平方向垫板之间，且所述岩样底部支座设置于所述岩样一侧，所述岩样与所述岩样底部支座限位配合。
[0009]优选的，所述岩样支撑框架与所述滚刀支撑框架之间设置有高强度垫片，所述高强度垫片两端分别与所述岩样支撑框架、所述滚刀支撑框架抵接，所述岩样支撑框架与所述滚刀支撑框架通过高强度螺栓进行固定。
[0010]优选的，所述驱动件为垂直方向压头。
[0011]优选的，所述滚刀支撑框架上固定连接有刀架移动轨道，所述刀架滑动连接在所述刀架移动轨道上。
[0012]优选的，所述刀架上固定安装有轴承，所述滚刀转动连接在所述轴承上。
[0013]一种使用脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台的测试方法，包括如下步骤：
[0014]a、将滚刀安装在刀架上；
[0015]b、将应变记录系统中的应变片固定在刀架上；
[0016]c、将岩样放置在岩样支撑框架内，并通过施压组件对试验的岩样施加侧向围压；
[0017]d、将滚刀支撑框架与岩样支撑框架连接，通过控制滚刀支撑框架与岩样支撑框架之间的距离控制滚刀破岩深度；
[0018]e、试验进行时，通过驱动件对刀架施加压力，使刀架在滚刀支撑框架上滑动，依次达到在岩样上形成激光射孔弱化岩体，并诱导岩体破碎的效果；
[0019]f、通过应变记录系统得到的数据计算滚刀承受的切向载荷及法向载荷；
[0020]g、在进行下一次实验时，通过控制施压组件对试验岩样施加的力的大小，重复a、b、c、d、e、f操作，可模拟不同侧向围压和不同贯入度线性破岩实验。
[0021]本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提出一种脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台及其测试方法，该试验平台包括岩石料仓系统、刀架系统、应变记录系统及激光发生器系统。线性破岩试验中，滚刀单独作用时，滚刀贯入度P，滚刀破岩距离L，得到滚刀破岩能量E1和岩渣质量M1；激光
‑
滚刀耦合作用时，滚刀贯入度P和滚刀破岩距离L不变，得到滚刀破岩能量E2和岩渣质量M2；通过比较E1、E2、M1、M2分析其破岩效率。本专利技术装置简单，可完成试验单独滚刀作用及激光和滚刀耦合作用下数据的收集，有助于利用激光良好方向性制造岩体初始孔洞诱导硬岩破碎的相关技术的研究。本专利技术的脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台采用竖向设置，整体装置更加简单，占地面积小，能更好的适用于室内试验。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台的立面示意图；
[0024]图2为本专利技术脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台的正视图；
[0025]图3为本专利技术脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台中岩样的俯视图；
[0026]图4为本专利技术脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台中刀架的仰视图；
[0027]其中，岩样
‑
1、岩样支撑框架
‑
2、滚刀支撑框架
‑
3、刀架
‑
4、高强度螺栓
‑
5、刀架移动轨道
‑
6、垂直方向压头
‑
7、法向方向应变片
‑
8、水平方向压头
‑
9、高强度垫片
‑
10、激光射孔
‑
11、滚刀
‑
12、水平方向垫板
‑
13、岩样底部支座
‑
14、应变箱
‑
15、轴承
‑
16、切向方向应变片
‑
17、激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台，其特征在于，包括岩石料仓系统、刀架系统、应变记录系统及激光发生器系统；所述岩石料仓系统包括用于固定岩样(1)的岩样支撑框架(2)，所述岩样支撑框架(2)上安装有施压组件，所述施压组件用于对所述岩样(1)施加侧向围压；所述刀架系统包括滚刀支撑框架(3)，所述滚刀支撑框架(3)可拆卸连接在所述岩样支撑框架(2)固定有所述岩样(1)的一侧，所述滚刀支撑框架(3)上滑动连接有刀架(4)，所述刀架(4)上转动连接有滚刀(12)，所述滚刀(12)与所述岩样(1)对应设置；所述刀架(4)上安装有驱动件，所述驱动件用于推动所述刀架(4)；所述应变记录系统安装在所述刀架(4)上，所述应变记录系统用于实时记录所述滚刀(12)的受力情况；所述激光发生器系统包括固定安装在所述刀架(4)上的激光发生器(18)，所述激光发生器(18)与所述滚刀(12)安装在所述刀架(4)的同一侧，所述激光发生器(18)用于在切割所述岩样(1)前形成激光射孔(11)，所述激光发生器(18)与所述滚刀(12)对应设置。2.根据权利要求1所述的脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台，其特征在于，所述应变记录系统包括固定在所述刀架(4)上的法向方向应变片(8)和切向方向应变片(17)，所述法向方向应变片(8)和所述切向方向应变片(17)均电性连接有应变箱(15)。3.根据权利要求1所述的脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台，其特征在于，所述施压组件包括水平方向压头(9)和水平方向垫板(13)，所述水平方向压头(9)滑动安装在所述岩样支撑框架(2)的一侧；所述水平方向垫板(13)设置在所述岩样(1)相对的两侧，一所述水平方向垫板(13)与所述水平方向压头(9)抵接，另一所述水平方向垫板(13)与所述岩样支撑框架(2)抵接。4.根据权利要求3所述的脉冲激光弱化
‑
诱导滚刀破岩试验平台，其特征在于，所述岩样支撑框架(2)上固定连接有岩样底部支座(14)，所述岩样底部支座(14)位于两所述水平方向垫板(13)之间，且所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，江港元，王军，梁桥，李盛南，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：