CN117110083A - 适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩石测试技术领域，具体公开了一种适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，旨在使其能够与可提供轴向压力的设备配合使用以简化结构、节约成本，并便于对岩石试样进行三轴围压‑扭剪耦合试验测试。该岩石纯扭剪系统通过动力转换组件的传动机构可将动力输入件的直线运动转换为扭矩输出件的旋转运动，因此可利用轴向压力作为动力对安装固定在两个试样固定头之间的岩石试样施加扭矩进行测试，无需设置专门提供扭剪力的动力机构，相较于现有装置结构更简单，制作成本更低。而且，通过将装置主体设置在三轴压力腔中，可在三轴压力腔中注入试验油对岩石试样施加三轴围压，便于对岩石试样进行三轴围压‑扭剪耦合试验测试。

Description

适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统

技术领域

本发明属于岩石测试技术领域，具体涉及一种适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统。

背景技术

岩石剪切强度参数，是岩体工程建设必须获知的关键参数之一。要获得所需的剪切强度参数，就必须进行相应的试验测试，这就需要具备可实现相应测试功能的设备作为保障。目前，相关测试规范中测试岩石抗剪强度参数的主要方法有以下几种，分别是直接剪切试验、变角板剪切试验、三轴压缩试验等，这几种方法分别有各自的优缺点。对于直接剪切试验，不仅需要有特定的具备剪切专用的双向加载试验机，而且剪切荷载方向是确定的，导致破坏只能沿预定荷载方向破坏，得到的结果未必是沿最小抗剪应力方向破坏；对于变角板剪切试验，虽然所有的材料压力试验机都可进行试验，但不仅有与直接剪切测试同样的问题，而且还需要修正变角板的摩擦系数；对于三轴压缩试验，不仅需要专用的三轴压力试验机，而且岩石受力状态及试验和分析过程复杂。对于上述不同类型的剪切试验，虽然都可以最终得到岩石破坏时的抗剪强度参数，但无论是哪一种，在进行测试时，岩石内部的受力都是复杂应力状态，都不能得到岩石所受的纯剪应力。

事实上，纯剪应力对研究岩体工程破坏具有重要价值。考虑从事工程建设或科学研究单位的实验室，通常都具有材料压力试验机等能够提供轴向压力的材料试验系统(Material Testing System，简称MTS)，为了解决所有材料压力试验机都可以进行岩石纯剪试验的问题，公开号为CN104297027A的中国发明专利申请提供了一种用于纯剪切试验的岩块试件及岩石纯剪切试验方法；但是，若要获得纯剪切下的剪切角度，该方法则无法实现。

为了进行岩石纯剪切测试，现有的岩石扭剪试验装置均为专门设计制造的能够提供扭剪力的设备。然而，现有的进行纯剪测试的各类岩石扭剪试验装置至少存在以下弊端之一：(1)只能进行纯剪，测试的功能太单一；(2)扭剪过程中施加扭力的转轴固定，导致力臂发生改变，不能施加线性扭转荷载；(3)需要专门设计生产，不仅需要大量费用，而且还需要占用大量的实验室场地；(4)不能在现有试验机上直接进行试验；(5)若考虑复杂耦合条件，需要配套的外围设施，比如三轴加载、渗流、加温等耦合条件；(6)不便用应变法或声发射定位等技术测试扭剪变化的状态。

例如：公布号为CN108152147A的中国发明专利申请就公开了一种岩石试样扭裂破坏实验装置，其包括主机架，主机架的上横梁和下横梁上分别安装有用于给岩石试样施加压力的主液压缸组和双杆液压缸组，主液压缸组的主活塞杆穿过上横梁的端部设置有一负荷传感器；上横梁的下表面正对主活塞杆处设置有限制负荷传感器和主活塞杆旋转的防转机构；防转机构上设置有其上具有与岩石试样配合的凹槽的试样上压块；双杆液压缸组的副活塞杆一端穿过下横梁、并在其上安装上试样下压块，试样下压块上开设有与试样上压块上的凹槽配合用于装夹岩石试样的凹槽；副活塞杆另一端穿出副缸体、并在其上安装上轴承；下横梁的一侧设置有给岩石试样施加扭矩的动力输出机构，动力输出机构通过传动机构与连接轴连接；连接轴上安装有扭矩传感器，扭矩传感器另一端与副活塞杆设置有轴承的端部固定连接；扭矩传感器、负荷传感器、主液压缸组、双杆液压缸组和动力输出机构均与控制模块连接。

虽然上述的岩石试样扭裂破坏实验装置通过设置动力输出机构并通过传动机构将动力输出机构与连接轴连接，能够用于岩石扭剪试验中给岩石试样施加扭矩，实现对岩石受扭剪作用变形和破坏情况等的研究，但是这无疑增加了装置的复杂程度和体积，而且其不能够将轴向压力转化为扭剪力，因此无法与可提供轴向压力的设备配合使用，也增加了设备成本，并会更多地占用实验室空间。另外，上述的岩石试样扭裂破坏试验装置缺乏加载三轴围压的机构，不便于对岩石试样进行三轴围压-扭剪耦合试验测试。

发明内容

本发明提供了一种适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，旨在使其能够与可提供轴向压力的设备配合使用以简化结构、节约成本，并便于对岩石试样进行三轴围压-扭剪耦合试验测试。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，包括装置主体和试样固定机构；

所述装置主体内设有工作腔；

所述试样固定机构包括两个相对设置在工作腔中的试样固定头，两个试样固定头彼此相对应的部位处均设有试样固定部；

还包括三轴压力室；

所述装置主体上与两个试样固定头相对应的部位分别为第一安装位和第二安装位；所述装置主体的第一安装位和/或第二安装位处设置有动力转换组件，所述动力转换组件包括扭矩输出件、动力输入件和传动机构；

所述扭矩输出件可转动地设置在装置主体上，并与所对应的试样固定头固定连接，且可带动与之相连的试样固定头相对于另一个试样固定头转动；

所述动力输入件活动设置，并可沿直线运动；

所述传动机构分别与扭矩输出件和动力输入件传动连接，并能够将动力输入件的直线运动转换为扭矩输出件的旋转运动；

所述三轴压力室的内腔为三轴压力腔，所述三轴压力室上开设有可供压杆穿入三轴压力腔的压杆过孔；所述装置主体设置在三轴压力腔中，且至少有一个动力输入件与压杆过孔相对应。

进一步的，所述装置主体包括装置底座、设置在装置底座上的支架杆、以及设置在支架杆顶端的装置上盖；

所述工作腔为装置底座与装置上盖之间的空间位置。

进一步的，所述支架杆至少为三根，并呈环形阵列分布。

进一步的，该岩石纯扭剪系统还包括围压场模块；

所述围压场模块的围压介质出口与三轴压力室的加压口连通，其围压介质进口与三轴压力室的泄压口连通。

进一步的，两个试样固定头分别为上下设置的试样上固定头和试样下固定头；

所述装置主体的第一安装位与试样上固定头相对应，且仅在第一安装位处设置动力转换组件；

所述试样下固定头与装置底座固定连接；

所述扭矩输出件呈环形；

所述动力输入件与扭矩输出件同轴设置；

所述传动机构包括设置在扭矩输出件顶面上并将动力输入件环绕的齿圈、设置在动力输入件上并沿其运动轨迹中心线分布的齿条、以及可转动地设置在装置主体上并分别与齿圈和齿条相啮合的轴齿轮。

进一步的，所述支架杆为长度可调的伸缩支撑杆；

所述动力输入件具有处于装置主体外侧的动力输入端。

进一步的，所述动力输入件上设置有复位板，所述复位板处于装置上盖的上侧，且所述复位板与装置上盖之间设置有复位弹簧。

进一步的，所述复位弹簧至少为三根，并围绕动力输入件均匀分布。

进一步的，所述动力输入件呈长方体形，其四个侧面上均设置有齿条；

所述轴齿轮为四根，并分别与动力输入件四个侧面上的齿条相啮合。

进一步的，所述三轴压力室的底板为试验台；

所述装置主体固定设置在试验台上。

本发明的有益效果是：

1)该岩石纯扭剪系统通过在装置主体的第一安装位和/或第二安装位处设置动力转换组件，由于动力转换组件的动力输入件能够沿直线运动，因此其能够与可提供轴向压力的设备的压杆轴向配合，以利用该设备所提供的轴向压力作为动力；进而可通过动力转换组件的传动机构将动力输入件的直线运动转换为扭矩输出件的旋转运动，并能够使扭矩输出件带动与之固定连接的试样固定头相对于另一个试样固定头转动，从而可对安装固定在两个试样固定头之间的岩石试样施加扭转力矩进行测试。可见，该岩石纯扭剪系统能够将轴向压力转化为扭剪力，因此在能够提供轴向力的试验条件下即可进行岩石扭剪测试，无需设置专门提供扭剪力的动力机构，与具有同样功能的现有岩石扭剪试验装置相比结构更简单，制作成本更低，并利于减少占用的实验室空间。

2)该岩石纯扭剪系统通过将装置主体设置在三轴压力室的三轴压力腔中，可在三轴压力腔中注入试验油对安装固定在两个试样固定头之间的岩石试样施加三轴围压，便于对岩石试样进行三轴围压-扭剪耦合试验测试。

3)由于该岩石纯扭剪系统能够与可提供轴向压力的设备配合使用，因此该岩石纯扭剪系统整体可被视作被测试试件，在已有试验机上进行试验，拓展了现有试验机的测试功能。

4)该岩石纯扭剪系统通过轴齿轮同时啮合齿圈和齿条的传动机构，实现将动力输入件的直线运动转换为扭矩输出件的旋转运动的传动，这使得动力可以在更短的传动距离内实现两端输入输出，能够使得装置整体的结构简洁紧凑，利于减小体积，且不需要生产新的试验机，可节约大量的费用和场地。

5)该岩石纯扭剪系统通过轴齿轮同时啮合齿圈和齿条的传动机构，可使得扭剪过程中力臂恒定，确保了扭转荷载可以按线性地施加。

6)该岩石纯扭剪系统还便于岩石试样在测试过程中进行应变法和声发射同步测试。

7)该岩石纯扭剪系统可以直接借用现有试验机的外围设施以进行其他耦合测试，如温度场模块、围压场模块、渗流场模块等，不需要重新设计和生产，利于进一步降低成本。

附图说明

图1是本发明的实施结构示意图；

图2是沿图1中A-A线的剖视图；

图3是装置主体的三维结构示意图；

图4是动力输入件的三维结构示意图；

图5是环形卡箍的实施结构示意图；

图6是实心圆柱体结构形式的岩石试样；

图7是空心圆柱体结构形式的岩石试样；

图8是实心方形柱结构形式的岩石试样；

图9是空心方形柱结构形式的岩石试样；

图中标记为：装置主体100、工作腔110、装置底座120、支架杆130、伸缩杆筒131、伸缩杆体132、环形卡箍136、第二锁紧件137、弹性内环138、装置上盖140、试样固定机构200、试样上固定头210、试样下固定头220、动力转换组件300、扭矩输出件310、动力输入件320、动力输入端321、复位板322、复位弹簧323、传动机构330、齿圈331、齿条332、轴齿轮333、试验台400、充油管410、回油管420、岩石试样500、密封膜510、密封圈520、三轴压力室600、三轴压力腔610、压杆过孔620、压杆710。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；“多”表示数量时，通常指数量在三或三以上，例如：“多个”通常指三个或三个以上；“主要由……组成或构成”的表达方式，其解释为还可以含有该句中没有述及的结构组成部分；“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

结合图1、图2和图3所示，适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，包括装置主体100、试样固定机构200和三轴压力室600；

装置主体100为该岩石纯扭剪系统的主体部件，其内设有工作腔110；工作腔110为装放岩石试样500，并进行测试的空间；

试样固定机构200主要用于安装固定待测试的岩石试样500，以对其进行测试；待测试的岩石试样500可以为多种，例如：图6所示的实心圆柱体结构形式的岩石试样500、图7所示的空心圆柱体结构形式的岩石试样500、图8所示的实心方形柱结构形式的岩石试样500、图9所示的空心方形柱结构形式的岩石试样500等等；试样固定机构200包括两个相对设置在工作腔110中的试样固定头，两个试样固定头彼此相对应的部位处均设有试样固定部；试样固定部可以为多种结构，只要便于将岩石试样500的端部固定住即可，优选为横截面呈正多边形结构的试样固定槽，通常在岩石试样500的端部上粘黏与试样固定槽相匹配的固定接头，或是将岩石试样500的端部加工为与试样固定槽相匹配的结构与之配合固定；例如：图3实施方式所示的试样固定部即为正六边形的试样固定槽，通常在岩石试样500的端部上粘黏上六角接头与之配合固定；又例如：图8实施方式所示的试样固定部为正四边形的试样固定槽，其能够与实心方形柱结构形式的岩石试样500的端部直接配合固定；对于空心的岩石试样500，通常可在试样固定槽或固定接头的连接槽中设置凸起，以便与岩石试样500内腔的端部配合来增大胶粘的面积；例如：图7实施方式所示的固定接头的连接槽中设置有凸起；又例如：图9实施方式所示的试样固定部为正四边形的试样固定槽，试样固定槽的中央设有凸起；

装置主体100上与两个试样固定头相对应的部位分别为第一安装位和第二安装位；装置主体100的第一安装位和/或第二安装位处设置有动力转换组件300，动力转换组件300包括扭矩输出件310、动力输入件320和传动机构330；

扭矩输出件310可转动地设置在装置主体100上，并与所对应的试样固定头固定连接，且可带动与之相连的试样固定头相对于另一个试样固定头转动；扭矩输出件310主要用于给待测试的岩石试样500施加扭转力矩；扭矩输出件310在装置主体100上可转动设置的方式可以有多种，例如：通过转轴与装置主体100转动配合，又例如：通过推力球轴承将扭矩输出件310支撑在装置主体100上使之可转动，再例如：在装置主体100上设置环形槽，将外周为圆形的扭矩输出件310可转动地设置在环形槽中；

当仅有一个试样固定头与扭矩输出件310相连时，另一个试样固定头通常与相对于扭矩输出件310静止的零部件固定连接，优选与装置主体100固定连接；当两个试样固定头分别与两个扭矩输出件310连接时，只需要使得两个扭矩输出件310存在回转差，即可使得两个试样固定头存在相对转动；例如：在装置主体100的第一安装位和第二安装位处均设置动力转换组件300、且两个动力转换组件300的动力输入件320各自的运动轨迹中心线相互平行时，使两个动力转换组件300的传动机构330各自的传动比不同，即可使得两个扭矩输出件310存在回转差；

动力输入件320活动设置，并可沿直线运动；动力输入件320主要用于与可提供轴向压力的设备的压杆轴向配合，利用该设备所提供的轴向压力作为动力；动力输入件320可活动地设置在其安装支架或装置主体100上，且在其安装支架或装置主体100上通常设有对动力输入件320进行限位的结构，以确保其能够沿直线运动；通常将动力输入件320竖向居中布置，并使动力输入件320的周向轮廓尺寸小于装置主体100的上盖或底座、扭矩输出件310等各自中心开孔的尺寸，以便通过传动机构330进行啮合、螺纹等传动的同时，确保动力输入件320能够自由且稳定地做上下运动；

传动机构330分别与扭矩输出件310和动力输入件320传动连接，并能够将动力输入件320的直线运动转换为扭矩输出件310的旋转运动；传动机构330可以为多种，例如：齿轮齿条机构、滚珠丝杆机构、凸轮机构、曲柄连杆机构、杠杆机构等等；

三轴压力室600的内腔为三轴压力腔610，三轴压力室600上开设有可供压杆710穿入三轴压力腔610的压杆过孔620；装置主体100设置在三轴压力腔610中，且至少有一个动力输入件320与压杆过孔620相对应；三轴压力室600主要用于在三轴压力腔610中注入试验油对安装固定在两个试样固定头之间的岩石试样500施加三轴围压；三轴压力室600上通常开设有分别与三轴压力腔610连通的加压口和泄压口，加压口上通常连接有充油管410、泄压口上通常连接有回油管420，以便注入和排出试验油。

上述的岩石纯扭剪系统至少可对岩石试样500进行三轴围压试验测试、扭剪试验测试以及三轴围压-扭剪耦合试验测试；利用上述的岩石纯扭剪系统进行三轴围压-扭剪耦合试验测试的过程如下：

试验前准备：在试验开始之前，先进行岩石的制样与安装。待测试岩石试样500的直径及长度具有规定的标准测试尺寸，需要在岩石加工时就制作达标；然后，通过胶粘的方式在岩石试样500的端部粘黏上固定接头，例如：六角接头；接着，在固定接头上套上密封圈520，并用热缩膜将岩石试样500包裹，再用热风吹扫热缩膜使其紧缩形成密封膜510，密封膜510的两端通过两个固定接头上的密封圈520分别扎紧密封；最后，将密封住的岩石试样500固定在该岩石纯扭剪系统的两个试样固定头之间，使固定接头与试样固定部定位配合；至此，岩石试样500固定完毕，如图2所示。

开始测试：将固定有岩石试样500的岩石纯扭剪系统安装到实验室中能够提供轴向压力的设备上(例如：MTS)，并将装置底座120与试验台400连接固定，将三轴压力腔610与围压场模块循环连通；然后，使提供轴向压力的设备的压杆710穿过压杆过孔620并伸入三轴压力腔610中，并利用轴向压力作为动力输入件320做直线运动的动力，进而通过传动机构330将动力输入件320的直线运动转换为扭矩输出件310的旋转运动，并能够使扭矩输出件310带动与之固定连接的试样固定头相对于另一个试样固定头转动，从而可对安装固定在两个试样固定头之间的岩石试样500施加扭转力矩；同时，通过围压场模块向三轴压力腔610中注入试验油对安装固定在两个试样固定头之间的岩石试样500施加三轴围压，以对岩石试样500进行三轴围压-扭剪耦合试验测试；最后，测量岩石试样500在试验过程中的变形和破坏情况，并采集岩石试样500应力应变、扭转角、扭转力矩、三轴压力等信息进行数据分析。

以上试验测试，需要按照岩石测试的相关操作进行三轴压力室600的下缸、密封、充试验油等操作；其中，采集应力应变、三轴压力、扭转角和/或扭矩等参数的仪器，其布置的位置和方式均为现有技术；通常可将采集应力应变或扭转角的仪器安装在试样固定头与岩石试样500之间；为了便于检测试验加载的扭矩，通常可设置与扭矩输出件310相对应，或是与扭矩输出件310相连的试样固定头相对应的扭矩传感器进行检测。

具体的，再结合图1、图2和图3所示，装置主体100的一种实施方式为：包括装置底座120、设置在装置底座120上的支架杆130、以及设置在支架杆130顶端的装置上盖140；工作腔110为装置底座120与装置上盖140之间的空间位置。该装置主体100结构简单，制作方便；通过支架杆130对装置上盖140进行支撑，使得工作腔110的侧部可形成多个敞口，便于操作人员拆装岩石试样500，通常只需一个操作人员即可开展试验。

为了提高装置主体100的整体结构强度以及支架杆130支撑装置上盖140的稳固性，再如图3所示，装置主体100的另一种实施方式为：在上述基础上，使得设置的支架杆130至少为三根，并呈环形阵列分布。

两个试样固定头在工作腔110中可以沿空间范围内各个方向进行布置，为了方便固定岩石试样500并提高测试的精准度，优选使两个试样固定头沿竖直方向或水平方向布置，即使得两个试样固定头同轴且轴向沿竖直或水平方向。例如：图1～图3所示的实施方式中，两个试样固定头沿竖直方向布置；具体的，两个试样固定头分别为上下设置的试样上固定头210和试样下固定头220。

作为本发明的一种优选实施方式，该岩石纯扭剪系统还包括围压场模块，围压场模块在图1和图2中未示出；围压场模块的围压介质出口与三轴压力室600的加压口连通，其围压介质进口与三轴压力室600的泄压口连通。

上述的围压场模块主要由高压容器、压力控制系统、压力传感器等组成，它可以产生不同的围压作用于岩石试样500，以研究岩石的力学行为，获得岩石的力学参数，或是与扭剪作用耦合用于研究岩石在复杂环境下的三轴围压-扭剪性能，并获得相应参数，为岩石工程勘察和设计提供试验依据和数据支持。

作为本发明的一种优选实施方式，再结合图1、图2和图3所示，两个试样固定头分别为上下设置的试样上固定头210和试样下固定头220；装置主体100的第一安装位与试样上固定头210相对应，且仅在第一安装位处设置动力转换组件300；试样下固定头220与装置底座120固定连接；扭矩输出件310呈环形；动力输入件320与扭矩输出件310同轴设置；传动机构330包括设置在扭矩输出件310顶面上并将动力输入件320环绕的齿圈331、设置在动力输入件320上并沿其运动轨迹中心线分布的齿条332、以及可转动地设置在装置主体100上并分别与齿圈331和齿条332相啮合的轴齿轮333，轴齿轮333一般通过轴承、轴套或轴孔配合等方式与装置主体100可转动地连接。该岩石纯扭剪系统结构简单且较为对称，不仅加工制作方便，而且稳定性较好。当动力输入件320受到轴向压力向下运动时，其上的齿条332可驱动轴齿轮333转动，进而由轴齿轮333驱动扭矩输出件310转动，以对岩石试样500施加扭转力矩。动力输入件320的下端可从扭矩输出件310的内孔中穿过，且为了便于动力输入件320能够继续向下，通常还在试样上固定头210的上部开设与动力输入件320相对应的让位空间，如图2所示。

另外，上述的传动机构330采用轴齿轮333分别与齿圈331和齿条332相啮合的方式进行传动，具有以下优点：①传动比灵活；通过设计轴齿轮333、齿圈331和齿条332的齿数比，可以实现不同的速比传动；这使得传动的速比更易于调整与优化。②传动精度高；轴齿轮333与齿圈331及齿条332的齿面接触连续，可以有效减少运动时的跳动与振动，实现平稳的运动传递，确保精度。③承载能力强；轴齿轮333与齿圈331及齿条332多齿面接触，可以有效分散载荷，增大承载面积，具有较高的承载能力；使得这种结构可以传递较大的动力和扭矩，进一步利于与提供轴向压力的设备配合使用。④易于加工与装配；齿面加工技术成熟并易于获得，装配也比较简单直接，这降低了零部件的制造难度和成本。⑤结构紧凑；轴齿轮333同时啮合齿圈331和齿条332，这使得动力可以在更短的传动距离内实现两端输入输出，具有结构简洁紧凑的特点。

为了便于对多种长度尺寸的岩石试样500进行测试，再如图1、图2和图3所示，优选使支架杆130为长度可调的伸缩支撑杆。通过调节支架杆130的长度即可调节装置主体100的第一安装位与第二安装位的相对距离，由于第一安装位和/或第二安装位处设置有动力转换组件300，动力转换组件300的扭矩输出件310又与所对应的试样上固定头210或试样下固定头220固定连接，因此可实现对试样上固定头210与试样下固定头220相对距离的调节，从而可在试样上固定头210与试样下固定头220之间安装不同长度尺寸的岩石试样500进行测试，非常方便。

伸缩支撑杆形式的支架杆130通常包括嵌套配合在一起的伸缩杆筒131和伸缩杆体132，其实现伸缩的方式可以为多种，例如：通过螺旋的方式来实现支架杆130的伸缩，但这种形式的支架杆130至少一个端部需要进行可转动地连接；再例如：通过气压系统或液压系统来实现支架杆130的伸缩；又例如：通过直线电机来实现支架杆130的伸缩；还例如：通过手动操作来实现支架杆130的伸缩。

为了便于调节支架杆130的长度并将其锁紧固定，再结合图1、图2和图3所示，支架杆130的一种实施方式为：包括设置在装置底座120上的伸缩杆筒131，以及与伸缩杆筒131嵌套配合并可沿其轴向运动的伸缩杆体132；伸缩杆筒131和/或伸缩杆体132上设有限制伸缩杆体132运动的锁紧结构；伸缩杆体132的顶端即为支架杆130的顶端。

上述的锁紧结构用于在调节好支架杆130的长度后对其锁紧固定，使其保持在该长度，进而便于对相应长度的岩石试样500进行测试；锁紧结构实现锁紧的方式可以为多种，例如：通过螺纹的扭转来实现锁紧、通过卡簧实现轴向锁紧、通过销钉或螺钉进行锁紧等等。

再结合图1、图2、图3和图5所示，作为锁紧结构的一种优选实施方式，其包括开设在伸缩杆筒131上端的豁口、套设在伸缩杆筒131上端的环形卡箍136、以及分别与环形卡箍136的两端相连的第二锁紧件137。该锁紧结构具有以下优点：①稳固性强，锁紧时可以旋拧第二锁紧件137使环形卡箍136更加牢固将伸缩杆筒131的上端和伸缩杆体132箍紧，使其不易发生松动和脱落；②方便性高，不仅可以非常方便地安装和拆卸，而且可以在连续的长度范围内进行调节，更加灵活易用，能够测试岩石试样500的尺寸更多；③可靠性好，基本可以确保支架杆130在使用过程中不会出现断裂、变形等安全问题。

为了便于动力输入件320与可提供轴向压力的设备配合使用，再如图1、图2和图4所示，使得动力输入件320具有处于装置主体100外侧的动力输入端321，动力输入端321主要用于与可提供轴向压力的设备的压杆的端部抵接或配合连接。

优选的，再结合图1和图2所示，动力转换组件300的一种优选实施方式为：在动力输入件320上设置有复位板322，复位板322处于装置上盖140的上侧，且复位板322与装置上盖140之间设置有复位弹簧323。通过设置复位板322和复位弹簧323，能够在撤去轴向压力后，使得动力转换组件300的动力输入件320在复位弹簧323的弹力作用下，自动复位至初始位置，以便于更换新的岩石试样500进行下一组试验。

为了确保动力转换组件300能够准确复位，并提高动力转换组件300的稳定性和复位机构的使用寿命，再如图1所示，动力转换组件300的另一种优选实施方式为：在上述基础上，使得设置的复位弹簧322至少为三根，并围绕动力输入件320均匀分布。

为了进一步提高该岩石纯扭剪系统的稳定性以及承载能力，结合图1、图2、图3和图4所示，动力转换组件300的再一种优选实施方式为：使得动力输入件320呈长方体形，其四个侧面上均设置齿条332；同时，使得设置的轴齿轮333为四根，并分别与动力输入件320四个侧面上的齿条332相啮合。该动力转换组件300结构的对称性好，并且进一步增多了传动机构接触的齿面，大大提高了该岩石纯扭剪系统的承载能力和传动精度。

为了便于该岩石纯扭剪系统在工作位上的安装设置，再如图1、图2和图3所示，三轴压力室600的底板为试验台400；将装置主体100固定设置在试验台400上。一般通过多根底座螺栓将装置主体100的装置底座120与试验台400固定连接在一起。三轴压力室600一般还包括通过密封螺栓密封安装在试验台400上的压力室主体。

Claims (10)

1.适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，包括装置主体(100)和试样固定机构(200)；

所述装置主体(100)内设有工作腔(110)；

所述试样固定机构(200)包括两个相对设置在工作腔(110)中的试样固定头，两个试样固定头彼此相对应的部位处均设有试样固定部；

其特征在于：还包括三轴压力室(600)；

所述装置主体(100)上与两个试样固定头相对应的部位分别为第一安装位和第二安装位；所述装置主体(100)的第一安装位和/或第二安装位处设置有动力转换组件(300)，所述动力转换组件(300)包括扭矩输出件(310)、动力输入件(320)和传动机构(330)；

所述扭矩输出件(310)可转动地设置在装置主体(100)上，并与所对应的试样固定头固定连接，且可带动与之相连的试样固定头相对于另一个试样固定头转动；

所述动力输入件(320)活动设置，并可沿直线运动；

所述传动机构(330)分别与扭矩输出件(310)和动力输入件(320)传动连接，并能够将动力输入件(320)的直线运动转换为扭矩输出件(310)的旋转运动；

所述三轴压力室(600)的内腔为三轴压力腔(610)，所述三轴压力室(600)上开设有可供压杆(710)穿入三轴压力腔(610)的压杆过孔(620)；所述装置主体(100)设置在三轴压力腔(610)中，且至少有一个动力输入件(320)与压杆过孔(620)相对应。

2.根据权利要求1所述的适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，其特征在于：所述装置主体(100)包括装置底座(120)、设置在装置底座(120)上的支架杆(130)、以及设置在支架杆(130)顶端的装置上盖(140)；

所述工作腔(110)为装置底座(120)与装置上盖(140)之间的空间位置。

3.根据权利要求2所述的适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，其特征在于：所述支架杆(130)至少为三根，并呈环形阵列分布。

4.根据权利要求2所述的适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，其特征在于：还包括围压场模块；

所述围压场模块的围压介质出口与三轴压力室(600)的加压口连通，其围压介质进口与三轴压力室(600)的泄压口连通。

5.根据权利要求4所述的适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，其特征在于：两个试样固定头分别为上下设置的试样上固定头(210)和试样下固定头(220)；

所述装置主体(100)的第一安装位与试样上固定头(210)相对应，且仅在第一安装位处设置动力转换组件(300)；

所述试样下固定头(220)与装置底座(120)固定连接；

所述扭矩输出件(310)呈环形；

所述动力输入件(320)与扭矩输出件(310)同轴设置；

所述传动机构(330)包括设置在扭矩输出件(310)顶面上并将动力输入件(320)环绕的齿圈(331)、设置在动力输入件(320)上并沿其运动轨迹中心线分布的齿条(332)、以及可转动地设置在装置主体(100)上并分别与齿圈(331)和齿条(332)相啮合的轴齿轮(333)。

6.根据权利要求5所述的适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，其特征在于：所述支架杆(130)为长度可调的伸缩支撑杆；

所述动力输入件(320)具有处于装置主体(100)外侧的动力输入端(321)。

7.根据权利要求6所述的适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，其特征在于：所述动力输入件(320)上设置有复位板(322)，所述复位板(322)处于装置上盖(140)的上侧，且所述复位板(322)与装置上盖(140)之间设置有复位弹簧(323)。

8.根据权利要求7所述的适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，其特征在于：所述复位弹簧(322)至少为三根，并围绕动力输入件(320)均匀分布。

9.根据权利要求5至8中任意一项所述的适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，其特征在于：所述动力输入件(320)呈长方体形，其四个侧面上均设置有齿条(332)；

所述轴齿轮(333)为四根，并分别与动力输入件(320)四个侧面上的齿条(332)相啮合。

10.根据权利要求9所述的适用于三轴试验机的岩石纯扭剪系统，其特征在于：所述三轴压力室(600)的底板为试验台(400)；

所述装置主体(100)固定设置在试验台(400)上。