一种岩石的空心扭转剪切测试装置

1.本发明涉及岩石类材料力学试验装置技术领域，尤其涉及一种岩石的空心扭转剪切测试装置。


背景技术：

2.钻探开挖等工程活动中的岩体多受到扭转剪切力学作用，其应力状态较岩石力学常规压缩、拉伸力学测试具有显著区别，因此，测试岩石的扭转剪切性能具有重要意义。由于岩石大多质地脆硬，其两端难以加工出螺纹等便于夹持的特殊形态，为减小扭矩施加的难度而通常采用空心圆环状岩石试样测试其扭转剪切力学性能。
3.目前岩石的扭转剪切应力通常采用液压配合电机驱动的方式进行施加。申请号为201810316676.x的发明专利申请文件中公开了一种岩石空心圆柱现场扭剪试验装置和方法，通过法向加载系统对试样施加法向应力，通过内压油泵对试样施加内部径向压力，通过剪力栓及与之配合的扭转马达对试样施加扭转应力，从而可以测试岩石在复杂应力状态的路径条件下的力学性质，但是其扭转应力的施加方式不够均匀稳定。申请号为201710636542.1的发明专利中公开了一种岩石扭剪-压综合实验装置，能够实现扭剪和单轴施压同时进行，并且快速、可靠地对试样进行加装或拆卸，但其装置不够轻便。


技术实现要素：

4.针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种岩石的空心扭转剪切测试装置，通过试样内外壁同时进行强力胶配合圆钉进行夹持的方式，提高了试样固定的稳定性；通过滑轮组配合扭转电机进行扭转应力的加载，以及扭矩传递路径的设计，减少了由于岩石试样在扭矩作用下产生微小变形而导致扭矩损失的情况，提高了在岩石试样上施加扭矩的精确性。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
6.一种岩石的空心扭转剪切测试装置，包括上部剪切固定机构和下部剪切扭转机构，其特征在于：所述上部剪切固定机构与所述下部剪切扭转机构滑动连接，且所述上部剪切固定机构和下部剪切扭转机构上均活动有用于对空心岩石试样进行夹持固定的试样端部固定组件，所述下部剪切扭转机构上还固设有两组扭矩施加组件，所述扭矩施加组件采用定滑轮和动滑轮相结合的滑轮组方式对空心岩石试样施加扭矩。
7.进一步的，所述上部剪切固定机构包括四个可伸缩的支撑腿，四个所述支撑腿的顶部固设有第一安装板，所述第一安装板的中心开设有圆形的第一通孔，所述第一通孔的顶部连通开设有八边形通孔，所述八边形通孔的内接圆直径大于所述第一通孔的直径，与所述上部剪切固定机构相对应的试样端部固定组件卡设在所述八边形通孔内，且所述试样端部固定组件的底部贯穿所述第一通孔。
8.进一步的，所述试样端部固定组件包括与所述八边形通孔相对应的八角盘，所述八角盘上滑动设有两组试样外侧壁固定组件，每组所述试样外侧壁固定组件均包括对称设
置的两个滑动杆，每个所述滑动杆的底部均固设有弧形的夹持环，四个所述夹持环的连线为圆形结构，所述夹持环的内侧设有若干固定钉；所述八角盘上开设有用于所述滑动杆滑动的滑动限位通孔，所述滑动杆贯穿所述滑动限位通孔，且所述夹持环位于所述八角盘的下方，四个所述滑动杆之间设有两组用于驱动所述滑动杆移动的驱动组件。
9.进一步的，每组所述驱动组件均包括两个相互垂直的驱动杆，两个所述驱动杆上下交叉设置，且两个所述驱动杆之间通过固定块连接，每个所述驱动杆的两端均螺纹贯穿相互对应的滑动杆，且每个所述驱动杆的端部均固设有外齿牙，两组驱动组件相互对应的两个驱动杆端部之间通过环形齿带连接，所述环形齿带与所述外齿牙相互啮合；
10.所述驱动杆包括两个旋向相反的第一螺杆和第二螺杆，每个所述第一螺杆和所述第二螺杆之间通过连接轴固定连接，所述连接轴与所述固定块转动连接。
11.进一步的，所述八角盘上还滑动设有试样内侧壁固定组件，所述试样内侧壁固定组件结构与所述试样外侧壁固定组件结构相同，但尺寸小于试样外侧壁固定组件；且所述试样内侧壁固定组件中的滑动杆与所述述试样外侧壁固定组件中的滑动杆沿着圆周交错设置，所述试样内侧壁固定组件上的固定钉位于相互对应的夹持环外侧壁上。
12.进一步的，所述下部剪切扭转机构包括中间板和两个侧板，所述上部剪切固定机构滑动安装在所述中间板上，两组所述扭矩施加组件分别对应安装在两个侧板上；所述中间板的顶部中心固设有支撑圆环，所述支撑圆环上转动套设有扭转盘，所述扭转盘上也开设有上下连通的第一通孔和八边形通孔，与所述下部剪切扭转机构相对应的试样端部固定组件卡设在所述八边形通孔内，且所述下部剪切扭转机构相对应的试样端部固定组件安装方向与所述上部剪切固定机构对应的试样端部固定组件安装方向相反。
13.进一步的，所述扭转盘为两侧对称切除的圆盘结构，且所述扭转盘的两个弧形侧面上均开设有两个相互平行的凹槽，所述扭转盘两个弧形侧面相对的两个角上均固设有用于固定滑索的第一固定柱；两块所述侧板相对的两个角上均固设有用于安装所述扭矩施加组件的第一支撑柱。
14.进一步的，所述扭矩施加组件包括固设在所述第一支撑柱顶部的底部安装块，以及固设在所述侧板上的f型支撑件，所述底部安装块远离所述第一支撑柱的一端与所述f型支撑件的中间杆顶部固定连接；所述底部安装块的左右两侧均安装有扭转电机，两个扭转电机的高度不同，且每个所述扭转电机的输出轴上均安装有空心滑轮；所述底部安装块的顶部还固设有倒z型支撑柱，所述倒z型支撑柱的顶部固设有顶部安装块，所述倒z型支撑柱与所述底部安装块和顶部安装块之间分别对应固设有两个高度不同的第二固定柱，所述第二固定柱也用于固定滑索；所述底部安装块、顶部安装块和f型支撑件之间设有用于连接滑索的滑轮组。
15.进一步的，所述滑轮组包括定滑轮组件和动滑轮组件，所述定滑轮组件包括固设在所述底部安装块和顶部安装块之间的定滑轮轴，所述定滑轮轴上固定套设有定滑轮套筒，所述定滑轮套筒的截面为工字型，且所述定滑轮套筒沿圆周方向固设有两圈第一滑动卡环，两个所述第一滑动卡环上均转动连接有所述空心滑轮；
16.所述动滑轮组件包括滑动设置在所述f型支撑件顶杆和中间杆之间的动滑轮套筒，所述动滑轮套筒的截面也为工字型，且所述工字型的动滑轮套筒两个水平部上均开设有第一滑动槽，每个所述第一滑动槽内均滑动设有滑动环，所述滑动环上固设有用于连接
滑索的外挂凸起；所述工字型的动滑轮套筒垂直段上开设有两圈第二滑动卡环，两个所述第二滑动卡环上也都转动连接有所述空心滑轮。
17.进一步的，所述滑轮组上连接有两种不同的滑索，第一种滑索有两根，一端连接在所述滑动环的外挂凸起上，另一端连接在扭转盘相互对应的第一固定柱上，且两根第一种滑索分别卡设在相互对应的扭转盘侧壁上的凹槽内；
18.第二种滑索也有两根，一端连接在扭转电机输出轴上安装的空心滑轮上，另一端绕过相互对应的动滑轮套筒上安装的空心滑轮，然后再绕过对应的定滑轮套筒上安装的空心滑轮，最后固定在对应的第二固定柱上。
19.本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的改进之处在于，
20.1、本发明中岩石的空心扭转剪切测试装置针对当前岩石空心扭转剪切性能测试无法实现高效便捷测量的问题，通过试样内侧壁固定组件结构与试样外侧壁固定组件同时对试样端部的外侧壁和内侧壁进行固定，且固定时固定钉能够扎入强力胶层中，提高了试样端部固定的可靠性；此外，通过滑轮组配合扭转电机对试样加载扭转力，结合扭矩传递路径的设计，减少了由于岩石试样在扭矩作用下产生微小变形而导致扭矩损失的情况，提高了在岩石试样上施加扭矩的精确性。
21.2、本发明中在对试样端部进行固定时，通过对称设置的两个滑动杆之间的相向移动或者背向移动，可以实现对不同直径岩石试样的夹持固定，而且支撑腿的可伸缩设计可以调整上部剪切固定机构与下部剪切扭转机构之间的距离，适用于不同长度的岩石试样；两组驱动组件的平行设置能够提高滑动杆滑动过程中的稳定性，且两组驱动组件之间通过环形齿带连接，只需要对其中一组驱动组件中的一个驱动杆进行转动，即可实现两组驱动组件的同步转动，操作简单，效率高。
22.3、本发明中通过滑轮组和扭转电机的相互配合对试样施加扭转剪切作用力，定滑轮套筒和其上转动连接的空心滑轮组成一个定滑轮组件，能够起到对扭矩进行微调的作用，动滑轮套筒和其上转动连接的空心滑轮以及滑动环组成一个动滑轮组件，动滑轮组件沿着f型支撑件移动，能够起到放大作用力的效果，滑索在扭转盘外侧壁上凹槽内的约束下，能够沿着凹槽的切线方向与扭转盘分离，在试样因扭矩产生转角形变之后，扭转盘随试样变形，但滑索仍沿着凹槽切线方向远离试样，则滑索施加的力的力臂大小不会改变，进而试样施加的扭矩不变，避免了因试样发生转角形变之后试样实际受到的扭矩改变而导致实验结果不准确的情况。
附图说明
23.图1为本发明岩石的空心扭转剪切测试装置整体结构示意图。
24.图2为本发明上部剪切固定机构结构轴侧图。
25.图3为本发明上部剪切固定机构结构仰视图。
26.图4为本发明上部剪切固定机构结构爆炸图。
27.图5为本发明支撑腿结构爆炸图。
28.图6为本发明试样端部固定组件结构轴侧图。
29.图7为本发明试样端部固定组件结构爆炸图。
30.图8为本发明试样内侧壁固定组件对应的滑动杆和夹持环结构示意图。
31.图9为本发明驱动杆结构示意图。
32.图10为本发明下部剪切扭转机构结构轴侧图。
33.图11为本发明中间板和侧板结构示意图。
34.图12为本发明扭转盘结构示意图。
35.图13为本发明扭矩施加组件结构轴侧图。
36.图14为本发明扭矩施加组件结构爆炸图。
37.图15为本发明底部安装块顶部和两侧结构示意图。
38.图16为本发明定滑轮组件结构爆炸图。
39.图17为本发明定滑轮套筒结构剖视图。
40.图18为本发明动滑轮组件结构爆炸图。
41.图19为本发明动滑轮组件外部结构主视图。
42.其中：1-试样端部固定组件，101-八角盘，1011-滑动限位通孔，102-滑动杆，103-夹持环，104-固定钉，105-驱动杆，1051-第一螺杆，1052-第二螺杆，1053-连接轴，106-固定块，107-外齿牙，108-环形齿带，2-扭矩施加组件，201-底部安装块，202-f型支撑件，203-扭转电机，204-倒z型支撑柱，205-顶部安装块，206-第二固定柱，207-空心滑轮，208-定滑轮轴，209-定滑轮套筒，210-第一滑动卡环，211-动滑轮套筒，212-第一滑动槽，213-滑动环，214-外挂凸起，215-第二滑动卡环，3-支撑腿，301-外套筒，3011-卡夹片，302-调节帽，303-内杆，304-滑板，305-滚珠，4-第一安装板，401-第一通孔，402-八边形通孔，5-中间板，501-滑槽，502-挡板，6-侧板，601-第一支撑柱，7-支撑圆环，701-支撑杆，8-扭转盘，801-凹槽，802-第一固定柱，100-上部剪切固定机构，200-下部剪切扭转机构。
具体实施方式
43.为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
44.参照附图1-19所示的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，包括上部剪切固定机构100和下部剪切扭转机构200，所述上部剪切固定机构100与所述下部剪切扭转机构200滑动连接，且所述上部剪切固定机构100和下部剪切扭转机构200上均活动有用于对空心岩石试样进行夹持固定的试样端部固定组件1，通过上部剪切固定机构100能够对空心岩石试样的顶端进行夹持固定，通过下部剪切扭转机构200能够对空心岩石试样的底端进行夹持固定，所述下部剪切扭转机构200上还固设有两组扭矩施加组件2，所述扭矩施加组件2采用定滑轮和动滑轮相结合的滑轮组方式对空心岩石试样施加扭矩。
45.具体的，所述上部剪切固定机构100包括四个可伸缩的支撑腿3，四个所述支撑腿3的顶部固设有第一安装板4，所述第一安装板4的中心开设有圆形的第一通孔401，所述第一通孔401的顶部连通开设有八边形通孔402，所述八边形通孔402的内接圆直径大于所述第一通孔401的直径，与所述上部剪切固定机构100相对应的试样端部固定组件1卡设在所述八边形通孔402内，且所述试样端部固定组件1的底部贯穿所述第一通孔401。
46.所述支撑腿3包括外套筒301，所述外套筒301的顶部对称固设有四个柔性的卡夹片3011，且所述外套筒301靠近所述卡夹片3011的外侧壁上设有外螺纹，所述外套筒301的顶部内滑动设有内杆303，所述内杆303插入四个卡夹片3011和外套筒301内，且所述外套筒
301外螺纹连接有调节帽302，所述调节帽302为一个空心的圆台状结构，下部内侧壁上设有与外套筒301上外螺纹相匹配的内螺纹，上部直径比下部直径略小，在外套筒301与调节帽302的螺纹配合下，调节帽302沿着外套筒301向下移动时可压迫外套筒301顶部的卡夹片3011使其收拢，从而对内杆303进行夹持固定，调节内杆303在外套筒301中的长度，可对整个支撑腿3的长度进行调节，从而对第一安装板4的高度进行调节，使其适用于不同长度的岩石试样。其中两个相邻的支撑腿3底部之间固设有一个滑板304，另外两个支撑腿3底部之间也固定有一个滑板304，每个所述滑板304的底部均安装有滚珠305，通过滚珠305与下部剪切扭转机构200之间的滚动连接实现上部剪切固定机构100与下部剪切扭转机构200之间的滑动连接。
47.所述试样端部固定组件1包括与所述八边形通孔402相对应的八角盘101，所述八角盘101与所述八边形通孔402的相互配合可以实现对所夹持固定的试样施加转动的约束，使试样在承受扭矩时不会沿着扭矩的方向转动；所述八角盘101上滑动设有两组试样外侧壁固定组件，每组所述试样外侧壁固定组件均包括对称设置的两个滑动杆102，两组所述试样外侧壁固定组件交叉设置，四个滑动杆102沿着圆周对称分布，每个所述滑动杆102的底部均固设有弧形的夹持环103，四个所述夹持环103的连线为圆形结构，所述夹持环103的内侧设有若干固定钉104，通过移动滑动杆102可以带动相对的两个夹持环103相向或者背向移动，四个夹持环103形成的圆形结构从空心试样的外侧对试样进行夹持固定，且由于夹持环103的位置可调，因此可适用于不同直径的试样；所述八角盘101上开设有用于所述滑动杆102滑动的滑动限位通孔1011，所述滑动杆102贯穿所述滑动限位通孔1011，且所述夹持环103位于所述八角盘101的下方，四个所述滑动杆102之间设有两组用于驱动所述滑动杆102移动的驱动组件。
48.每组所述驱动组件均包括两个相互垂直的驱动杆105，两个所述驱动杆105上下交叉设置，且两个所述驱动杆105之间通过固定块106连接，所述固定块106上开设有两个相互垂直但不相交的圆孔，能够对两个相互垂直设置的驱动杆105起到架构作用；每个所述驱动杆105的两端均螺纹贯穿相互对应的滑动杆102，每个所述滑动杆102上均开设有两个用于驱动杆105穿过的螺纹孔，且每个所述驱动杆105的端部均固设有外齿牙107，两组驱动组件相互对应的两个驱动杆105端部之间通过环形齿带108连接，所述环形齿带108与所述外齿牙107相互啮合；所述驱动杆105包括两个旋向相反的第一螺杆1051和第二螺杆1052，每个所述第一螺杆1051和所述第二螺杆1052之间通过连接轴1053固定连接，所述连接轴1053与所述固定块106转动连接。所述驱动杆105的端部开设有六边形凹孔，可采用与六边形凹孔相匹配的转杆对驱动杆105进行转动。转动其中一个驱动组件中的一根驱动杆105时，通过环形齿带108可带动另一个驱动组件中与其对应的驱动杆105同步转动，驱动杆105转动时，由于驱动杆105两部分的旋向是相反的，而且受到滑动杆105与滑动限位通孔1011的限位作用，相互对应的两个滑动杆105会沿着滑动限位通孔1011相互靠近或者相互远离的移动，从而调节相互对应的两个夹持环103之间的距离，实现对空心试样外侧壁的夹持固定，所述夹持环103的内侧壁上设置固定钉104，在使用时，先在试样的外侧壁上涂覆高强力浇水，然后对使用夹持环103对其进行夹持固定时，固定钉104可扎入高强力胶层中，增大夹持环103与试样之间的粘结性，减小扭矩传递的损耗。
49.所述八角盘101上还滑动设有试样内侧壁固定组件，所述试样内侧壁固定组件结
构与所述试样外侧壁固定组件结构相同，但尺寸小于试样外侧壁固定组件，试样内侧壁固定组件位于试样外侧壁固定组件的内侧，且所述试样内侧壁固定组件中的滑动杆102与所述述试样外侧壁固定组件中的滑动杆102沿着圆周交错设置，所述试样内侧壁固定组件上的固定钉104位于相互对应的夹持环103外侧壁上，通过试样内侧壁固定组件可以对空心试样的内侧壁进行夹持固定。
50.进一步的，所述下部剪切扭转机构200包括中间板5和两个侧板6，所述中间板5的顶部两侧均开设有与滑板304底部安装的滚珠305相匹配的滑槽501，通过滚珠305与滑槽501之间的相互配合实现上部剪切固定机构100与下部剪切扭转机构200之间的滑动连接，减小了滑动过程的摩擦阻力；所述中间板5的两侧还固设有挡板502，挡板502的作用是在试样受到扭矩作用时，通过滑板304传递反力矩给试样，使试样力矩平衡。
51.两组所述扭矩施加组件2分别对应安装在两个侧板6上；所述中间板5的顶部中心通过四个支撑杆701固设有支撑圆环7，所述支撑圆环7上转动套设有扭转盘8，所述扭转盘8上也开设有上下连通的第一通孔401和八边形通孔402，所述第一通孔401的外周开设有一圈与所述支撑圆环7相匹配的滑槽，通过滑槽与支撑圆环7的相互配合可以对整个扭转盘8起到支撑的作用，且能保证扭转盘8在水平方向上的转动；与所述下部剪切扭转机构200相对应的试样端部固定组件1卡设在所述八边形通孔402内，且所述下部剪切扭转机构200相对应的试样端部固定组件1安装方向与所述上部剪切固定机构100对应的试样端部固定组件1安装方向相反；也即，上部剪切固定机构100对应的试样端部固定组件1中的夹持环103位于第一安装板4的下方，下部剪切扭转机构200对应的试样端部固定组件1中的夹持环103位于扭转盘8的上方，将试样放置在第一安装板4和扭转盘8之间，即可通过两个试样端部固定组件1中对应的夹持环103对试样的两端进行夹持固定。
52.进一步的，所述扭转盘8为两侧对称切除的圆盘结构，且所述扭转盘8的两个弧形侧面上均开设有两个相互平行的凹槽801，所述扭转盘8两个弧形侧面相对的两个角上均固设有用于固定滑索的第一固定柱802；两块所述侧板6相对的两个角上均固设有用于安装所述扭矩施加组件2的第一支撑柱601。
53.所述扭矩施加组件2包括固设在所述第一支撑柱601顶部的底部安装块201，以及固设在所述侧板6上的f型支撑件202，所述f型支撑件202包括一个竖杆，竖杆上垂直固设有中间杆和顶杆，竖杆、中间杆和顶杆形成一个f型的结构，且中间杆的长度大于顶杆的长度，中间杆与顶杆之间还固设有一个支撑柱，提高f型支撑件202的稳定性。
54.所述底部安装块201远离所述第一支撑柱601的一端与所述f型支撑件202的中间杆顶部固定连接；所述底部安装块201的左右两侧均安装有扭转电机203，两个扭转电机203的高度不同(输出轴长度不同)，且每个所述扭转电机203的输出轴上均安装有空心滑轮207，所述空心滑轮207的外侧壁上开设有用于缠绕滑索的线槽；所述底部安装块201的顶部还固设有倒z型支撑柱204，所述倒z型支撑柱204的顶部固设有顶部安装块205，所述倒z型支撑柱204与所述底部安装块201和顶部安装块205之间分别对应固设有两个高度不同的第二固定柱206，其中一个第二固定柱206位于倒z型支撑柱204与底部安装块201之间，另外一个第二固定柱206位于倒z型支撑柱204与顶部安装块205之间，从而使得两个第二固定柱206的高度不同，所述第二固定柱206也用于固定滑索；所述底部安装块201、顶部安装块205和f型支撑件202之间设有用于连接滑索的滑轮组。
55.所述滑轮组包括定滑轮组件和动滑轮组件，所述定滑轮组件包括固设在所述底部安装块201和顶部安装块205之间的定滑轮轴208，所述定滑轮轴208上固定套设有定滑轮套筒209，所述定滑轮套筒209的截面为工字型，且所述定滑轮套筒209沿圆周方向固设有两圈第一滑动卡环210，两个所述第一滑动卡环210上均转动连接有所述空心滑轮207，所述空心滑轮207可绕着所述定滑轮套筒209转动；
56.所述动滑轮组件包括滑动设置在所述f型支撑件202顶杆和中间杆之间的动滑轮套筒211，所述f型支撑件202的顶杆和中间杆上均开设有滑槽，所述动滑轮套筒211的顶部和底部均固设有与所述滑槽相匹配的滑柱，通过滑槽与滑柱的相互配合可以实现动滑轮套筒211的移动；所述动滑轮套筒211的截面也为工字型，且所述工字型的动滑轮套筒211两个水平部上均开设有第一滑动槽212，每个所述第一滑动槽212内均滑动设有滑动环213，所述滑动环213上固设有用于连接滑索的外挂凸起214；所述工字型的动滑轮套筒211垂直段上开设有两圈第二滑动卡环215，两个所述第二滑动卡环215上也都转动连接有所述空心滑轮207，所述滑动环213和所述空心滑轮207均能绕着动滑轮套筒211发生转动。
57.进一步的，所述滑轮组上连接有两种不同的滑索，第一种滑索有两根，一端连接在所述滑动环213的外挂凸起214上，另一端连接在扭转盘8相互对应的第一固定柱802上，且两根第一种滑索分别卡设在相互对应的扭转盘8侧壁上的凹槽801内；第一中滑索的作用是将传递到动滑轮组件上的力继续传递到扭转盘8上，通过扭转盘8的受力，对其产生扭矩，进一步传递到试样端部固定组件1和岩石试样上；这种利用滑索在扭转盘8上绕一个圆弧的扭矩施加方式，有效减小了岩石试样因扭矩作用而产生转角，导致施加的力损失的情况，若岩石试样发生转角，但因为滑索的特性，滑索与扭转盘8中的凹槽801的夹角始终不变，则滑索对扭转盘施加的力的力臂不变，则扭矩不变；
58.第二种滑索也有两根，一端连接在扭转电机203输出轴上安装的空心滑轮207上，另一端绕过相互对应的动滑轮套筒211上安装的空心滑轮207(通过扭转电机203输出轴上安装的空心滑轮207与动滑轮套筒211上安装的空心滑轮207之间的滑索，可以在扭转电机203工作时带动动滑轮组件移动，进而带动第一种滑索传力)，然后再绕过对应的定滑轮套筒209上安装的空心滑轮207对滑索的方向进行微调，最后固定在对应的第二固定柱206上。两个扭转电机203高度不同，连接两根不同的滑索，两根滑索与动滑轮组件和定滑轮组件，以及扭转盘8之间的平行连接，可以提高扭转盘8转动过程的稳定性。
59.本发明的工作原理：本发明中岩石的空心扭转剪切测试装置在使用时，先在空心岩石试样的两端内侧壁和外侧壁均匀涂抹强力胶，形成胶层，然后将岩石试样放置在第一安装板4和扭转盘8之间，分别使用上部剪切固定机构100和下部剪切扭转机构200对应的试样端部固定组件1对岩石试样的两端进行固定，然后启动扭转电机203，通过滑索与动滑轮组件和定滑轮组件的连接方式对扭转盘8产生扭矩，通过扭转盘8对作用力进行传递至岩石试样上。
60.在对岩石试样进行固定时，将空心岩石试样的外侧壁放置在试样外侧壁固定组件对应的四个夹持环103内侧，空心岩石试样的内侧壁位于试样内侧壁固定组件对应的四个夹持环103外侧，然后通过工具转动驱动杆105，从而带动滑动杆102和夹持环103向靠近岩石试样外侧壁或者内侧壁的一侧滑动，使固定钉104扎入对应的强力胶层中，从而分别对岩石试样的外侧壁和内侧壁进行夹持固定。
61.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种岩石的空心扭转剪切测试装置，包括上部剪切固定机构(100)和下部剪切扭转机构(200)，其特征在于：所述上部剪切固定机构(100)与所述下部剪切扭转机构(200)滑动连接，且所述上部剪切固定机构(100)和下部剪切扭转机构(200)上均活动有用于对空心岩石试样进行夹持固定的试样端部固定组件(1)，所述下部剪切扭转机构(200)上还固设有两组扭矩施加组件(2)，所述扭矩施加组件(2)采用定滑轮和动滑轮相结合的滑轮组方式对空心岩石试样施加扭矩。2.根据权利要求1所述的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，其特征在于：所述上部剪切固定机构(100)包括四个可伸缩的支撑腿(3)，四个所述支撑腿(3)的顶部固设有第一安装板(4)，所述第一安装板(4)的中心开设有圆形的第一通孔(401)，所述第一通孔(401)的顶部连通开设有八边形通孔(402)，所述八边形通孔(402)的内接圆直径大于所述第一通孔(401)的直径，与所述上部剪切固定机构(100)相对应的试样端部固定组件(1)卡设在所述八边形通孔(402)内，且所述试样端部固定组件(1)的底部贯穿所述第一通孔(401)。3.根据权利要求2所述的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，其特征在于：所述试样端部固定组件(1)包括与所述八边形通孔(402)相对应的八角盘(101)，所述八角盘(101)上滑动设有两组试样外侧壁固定组件，每组所述试样外侧壁固定组件均包括对称设置的两个滑动杆(102)，每个所述滑动杆(102)的底部均固设有弧形的夹持环(103)，四个所述夹持环(103)的连线为圆形结构，所述夹持环(103)的内侧设有若干固定钉(104)；所述八角盘(101)上开设有用于所述滑动杆(102)滑动的滑动限位通孔(1011)，所述滑动杆(102)贯穿所述滑动限位通孔(1011)，且所述夹持环(103)位于所述八角盘(101)的下方，四个所述滑动杆(102)之间设有两组用于驱动所述滑动杆(102)移动的驱动组件。4.根据权利要求3所述的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，其特征在于：每组所述驱动组件均包括两个相互垂直的驱动杆(105)，两个所述驱动杆(105)上下交叉设置，且两个所述驱动杆(105)之间通过固定块(106)连接，每个所述驱动杆(105)的两端均螺纹贯穿相互对应的滑动杆(102)，且每个所述驱动杆(105)的端部均固设有外齿牙(107)，两组驱动组件相互对应的两个驱动杆(105)端部之间通过环形齿带(108)连接，所述环形齿带(108)与所述外齿牙(107)相互啮合；所述驱动杆(105)包括两个旋向相反的第一螺杆(1051)和第二螺杆(1052)，每个所述第一螺杆(1051)和所述第二螺杆(1052)之间通过连接轴(1053)固定连接，所述连接轴(1053)与所述固定块(106)转动连接。5.根据权利要求3所述的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，其特征在于：所述八角盘(101)上还滑动设有试样内侧壁固定组件，所述试样内侧壁固定组件结构与所述试样外侧壁固定组件结构相同，但尺寸小于试样外侧壁固定组件；且所述试样内侧壁固定组件中的滑动杆(102)与所述述试样外侧壁固定组件中的滑动杆(102)沿着圆周交错设置，所述试样内侧壁固定组件上的固定钉(104)位于相互对应的夹持环(103)外侧壁上。6.根据权利要求3所述的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，其特征在于：所述下部剪切扭转机构(200)包括中间板(5)和两个侧板(6)，所述上部剪切固定机构(100)滑动安装在所述中间板(5)上，两组所述扭矩施加组件(2)分别对应安装在两个侧板(6)上；所述中间板(5)的顶部中心固设有支撑圆环(7)，所述支撑圆环(7)上转动套设有扭转盘(8)，所述扭转盘(8)上也开设有上下连通的第一通孔(401)和八边形通孔(402)，与所述下部剪切扭转机
构(200)相对应的试样端部固定组件(1)卡设在所述八边形通孔(402)内，且所述下部剪切扭转机构(200)相对应的试样端部固定组件(1)安装方向与所述上部剪切固定机构(100)对应的试样端部固定组件(1)安装方向相反。7.根据权利要求6所述的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，其特征在于：所述扭转盘(8)为两侧对称切除的圆盘结构，且所述扭转盘(8)的两个弧形侧面上均开设有两个相互平行的凹槽(801)，所述扭转盘(8)两个弧形侧面相对的两个角上均固设有用于固定滑索的第一固定柱(802)；两块所述侧板(6)相对的两个角上均固设有用于安装所述扭矩施加组件(2)的第一支撑柱(601)。8.根据权利要求7所述的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，其特征在于：所述扭矩施加组件(2)包括固设在所述第一支撑柱(601)顶部的底部安装块(201)，以及固设在所述侧板(6)上的f型支撑件(202)，所述底部安装块(201)远离所述第一支撑柱(601)的一端与所述f型支撑件(202)的中间杆顶部固定连接；所述底部安装块(201)的左右两侧均安装有扭转电机(203)，两个扭转电机(203)的高度不同，且每个所述扭转电机(203)的输出轴上均安装有空心滑轮(207)；所述底部安装块(201)的顶部还固设有倒z型支撑柱(204)，所述倒z型支撑柱(204)的顶部固设有顶部安装块(205)，所述倒z型支撑柱(204)与所述底部安装块(201)和顶部安装块(205)之间分别对应固设有两个高度不同的第二固定柱(206)，所述第二固定柱(206)也用于固定滑索；所述底部安装块(201)、顶部安装块(205)和f型支撑件(202)之间设有用于连接滑索的滑轮组。9.根据权利要求8所述的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，其特征在于：所述滑轮组包括定滑轮组件和动滑轮组件，所述定滑轮组件包括固设在所述底部安装块(201)和顶部安装块(205)之间的定滑轮轴(208)，所述定滑轮轴(208)上固定套设有定滑轮套筒(209)，所述定滑轮套筒(209)的截面为工字型，且所述定滑轮套筒(209)沿圆周方向固设有两圈第一滑动卡环(210)，两个所述第一滑动卡环(210)上均转动连接有所述空心滑轮(207)；所述动滑轮组件包括滑动设置在所述f型支撑件(202)顶杆和中间杆之间的动滑轮套筒(211)，所述动滑轮套筒(211)的截面也为工字型，且所述工字型的动滑轮套筒(211)两个水平部上均开设有第一滑动槽(212)，每个所述第一滑动槽(212)内均滑动设有滑动环(213)，所述滑动环(213)上固设有用于连接滑索的外挂凸起(214)；所述工字型的动滑轮套筒(211)垂直段上开设有两圈第二滑动卡环(215)，两个所述第二滑动卡环(215)上也都转动连接有所述空心滑轮(207)。10.根据权利要求9所述的一种岩石的空心扭转剪切测试装置，其特征在于：所述滑轮组上连接有两种不同的滑索，第一种滑索有两根，一端连接在所述滑动环(213)的外挂凸起(214)上，另一端连接在扭转盘(8)相互对应的第一固定柱(802)上，且两根第一种滑索分别卡设在相互对应的扭转盘(8)侧壁上的凹槽(801)内；第二种滑索也有两根，一端连接在扭转电机(203)输出轴上安装的空心滑轮(207)上，另一端绕过相互对应的动滑轮套筒(211)上安装的空心滑轮(207)，然后再绕过对应的定滑轮套筒(209)上安装的空心滑轮(207)，最后固定在对应的第二固定柱(206)上。

技术总结
本发明公开了一种岩石的空心扭转剪切测试装置，属于岩石类材料力学试验装置技术领域，该装置包括上部剪切固定机构和下部剪切扭转机构，其特征在于：所述上部剪切固定机构与所述下部剪切扭转机构滑动连接，且所述上部剪切固定机构和下部剪切扭转机构上均活动有用于对空心岩石试样进行夹持固定的试样端部固定组件，所述下部剪切扭转机构上还固设有两组扭矩施加组件，所述扭矩施加组件采用定滑轮和动滑轮相结合的滑轮组方式对空心岩石试样施加扭矩。本发明的扭转剪切测试装置能够提高试样固定的稳定性，而且还减少了由于岩石试样在扭矩作用下产生微小变形而导致扭矩损失的情况，提高了在岩石试样上施加扭矩的精确性。提高了在岩石试样上施加扭矩的精确性。提高了在岩石试样上施加扭矩的精确性。


技术研发人员：刘石 鲁金虎 蔡传昕
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军工程大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/5