本发明涉及冲击破岩试验技术领域，特别涉及一种多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法。
背景技术：
地下连续墙是在地面以下为了截水防渗、挡土和承重而构筑的连续墙壁。双轮铣槽机是地下连续墙施工中的核心设备，其铣轮截齿的布置方法仍被国外垄断。研究优化铣轮布齿方式提高铣槽机效率的前提就是要研究布齿系统对破岩效率的研究。
岩石铣削破碎是铣轮旋转过程中截齿与岩石发生冲击、挤压和剪切等多种相互作用的一个复杂过程。当施工进行时，铣槽机工作装置被放入导向槽中，铣轮开始旋转，安装在铣轮上的截齿开始转动并冲击和挤压岩石，当冲击力和压力超过岩石的强度时，岩石崩解破碎并与泥浆充分混合之后，被泥浆导管抽出。
目前，主要针对双轮铣槽机的破岩效率进行优化，首先要解决布齿系统对铣削效率的影响，由于铣槽机造价高昂，直接将试验运用于工程中成本过于高昂且难以实现，而目前还没有多因素变量相互作用的冲击破岩试验相关技术手段和实验方法。
技术实现要素：
本申请提供了一种多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，解决了现有技术中还没有多因素变量相互作用的冲击破岩试验相关技术手段和实验方法的技术问题，实现了多个截齿不同类型、任意间距，任意入岩顺序，任意入岩角度的多因素变量相互作用的冲击破岩试验，研究范围广，研究因素多，试验结果更接近工程实际，对于双轮铣槽机布齿系统的辅助优化设计具有明显的指导意义。
本申请所提供的一种多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，包括以下步骤：
通过多截齿破岩试验机进行截齿间距变化的截割实验，确定截齿间距因素对破岩效率的影响规律；
通过多截齿破岩试验机进行截齿入岩顺序变化的截割实验，确定截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律；
通过多截齿破岩试验机进行截齿入岩角度变化的截割实验，确定截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律；
通过多截齿破岩试验机进行截齿类型变化的截割实验，确定截齿类型因素对破岩效率的影响规律；
根据所述截齿间距因素对破岩效率的影响规律、所述截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律、所述截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律、所述截齿类型因素对破岩效率的影响规律，确定多截齿多因数相互作用对破岩效率的影响规律。
作为优选，确定截齿间距因素对破岩效率的影响规律，具体为：
通过调整所述多截齿破岩试验机的截割装置的截齿间距，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿间距因素对破岩效率的影响规律。
作为优选，进行截齿间距变化的截割实验时，截齿的数量为2个；截齿间距变化的次数控制为至少3次。
作为优选，确定截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律，具体为：
通过调整多截齿截割装置的截齿入岩顺序，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律。
作为优选，确定截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律，具体为：
通过调整多截齿截割装置的截齿入岩角度，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律。
作为优选，进行截齿入岩角度变化的截割实验时，采用单截齿实验或多截齿实验，
当采用单截齿实验时，截齿转动的切向方向角度和法向方向角度分别以3°～5°的增量分别进行试验，切向方向角度和法向方向角度的调节范围控制为：0°～90°；可保持切向方向角度或法向方向角度其中一个为恒值，对另一个进行改变，也可两个同时以设定比例进行改变角度；
当采用多截齿实验时，需对每个截齿按照单截齿实验的步骤进行角度的变化，各截齿既可以按照相同的变化模式进行角度的变化，也可以在每个截齿之间的切向和法向设置角度差。
作为优选，确定截齿类型因素对破岩效率的影响规律，具体为：
通过更换不同类型的截齿，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿类型因素对破岩效率的影响规律。
作为优选，还包括：通过固定所述多截齿破岩试验机的截割装置的截齿间距、截齿入岩顺序、截齿入岩角度、截齿类型后，调整所述截割装置的旋转驱动部件的转速，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿转速因素对破岩效率的影响规律。
作为优选，所述比能耗为截割单位体积的岩体试样所消耗的能量，其计算公式为：
式中，se为比能耗，单位kwh/m3；
作为优选，所述粗糙度系数的计算方法为：对截落的岩屑按尺寸范围进行分类并称重,计算对应的重量百分比，再按尺寸范围从大到小依次求出累积重量百分比，对累积重量百分比进行求和运算。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请设置有能调节多截齿的间距、水平位置、入岩角度的截割装置，截割装置的位置调节装置调整不同截齿之间的间距及水平位置，不同的水平位置意味着不同的入岩顺序；截割装置的水平角度调节装置与竖直角度调节装置能改变各个截齿相对传动轴的切向方向角度和法向方向角度，继而改变各个截齿的入岩角度，这样，解决了现有技术中还没有多因素变量相互作用的冲击破岩试验相关技术手段和实验方法的技术问题，实现了多个截齿不同类型、任意间距，任意入岩顺序，任意入岩角度的多因素变量相互作用的冲击破岩试验，研究范围广，研究因素多，试验结果更接近工程实际，对于双轮铣槽机布齿系统的辅助优化设计具有明显的指导意义。
附图说明
图1为本申请实施例提供的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的多个截齿间距调节的状态示意图；
图3为本申请实施例提供的多个截齿不同入岩顺序的状态示意图；
图4为本申请实施例提供的多截齿不同入岩顺序的位置示意图；
图5为本申请实施例提供的截齿入岩角度调节的状态示意图；
图6为本申请实施例提供的截齿的破岩状态示意图；
图7为本申请实施例提供的截齿及应力传感器的位置示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
参见附图1，本申请提供的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，包括以下步骤：
s1：通过多截齿破岩试验机进行截齿间距变化的截割实验，确定截齿间距因素对破岩效率的影响规律；具体为：通过调整多截齿破岩试验机的截割装置的截齿间距，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据截齿的切向应力和法向应力、比能耗、粗糙度系数确定截齿间距因素对破岩效率的影响规律。
s2：通过多截齿破岩试验机进行截齿入岩顺序变化的截割实验，确定截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律；具体为：通过调整多截齿截割装置的截齿入岩顺序，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据截齿的切向应力和法向应力、比能耗、粗糙度系数确定截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律。
s3：通过多截齿破岩试验机进行截齿入岩角度变化的截割实验，确定截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律；具体为：通过调整多截齿截割装置的截齿入岩角度，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据截齿的切向应力和法向应力、比能耗、粗糙度系数确定截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律。
s4：通过多截齿破岩试验机进行截齿类型变化的截割实验，确定截齿类型因素对破岩效率的影响规律；具体为：通过更换不同类型的截齿，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿类型因素对破岩效率的影响规律。
s5：根据截齿间距因素对破岩效率的影响规律、截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律、截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律、截齿类型因素对破岩效率的影响规律，确定多截齿多因数相互作用对破岩效率的影响规律。
作为优选，参见附图2，进行截齿间距变化的截割实验时，截齿的数量为2个；截齿间距变化的次数控制为至少3次。例如，确定截齿间距变化为3cm、5cm、7cm、9cm，此处仅为示例，实际变量确定按照实际试验研究确定。
作为优选，进行截齿入岩角度变化的截割实验时，采用单截齿实验或多截齿实验，当采用单截齿实验时，截齿转动的切向方向角度和法向方向角度分别以3°～5°的增量分别进行试验，切向方向角度和法向方向角度的调节范围控制为：0°～90°；可保持切向方向角度或法向方向角度其中一个为恒值，对另一个进行改变，也可两个同时以设定比例进行改变角度。
当采用多截齿实验时，需对每个截齿按照单截齿实验的步骤进行角度的变化，各截齿既可以按照相同的变化模式进行角度的变化，也可以在每个截齿之间的切向和法向设置角度差。
作为优选，还包括：通过固定所述多截齿破岩试验机的截割装置的截齿间距、截齿入岩顺序、截齿入岩角度、截齿类型后，调整所述截割装置的旋转驱动部件的转速，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿转速因素对破岩效率的影响规律。
其中，入岩角度包括冲击破岩试验机的截割装置的伺服电机转动切向方向上截齿与岩层所成角度，与伺服电机转动轴向方向上截齿与岩层所成角度。截齿间距是冲击破岩试验机刀具框架上截齿最下部齿刃之间的距离。入岩顺序是冲击破岩试验机按照从左到右或从右到左的顺序，依次将铣齿标为第一、第二、第三、第四号，按照不同排列组合顺序(如，一二三四，二一三四，三一四二等)依次切入岩体表面。
比能耗为截割单位体积的岩体试样所消耗的能量，其计算公式为：
式中，se为比能耗，单位kwh/m3；
粗糙度系数的计算方法为：对截落的岩屑按尺寸范围进行分类并称重,计算对应的重量百分比，再按尺寸范围从大到小依次求出累积重量百分比，对累积重量百分比进行求和运算。
该多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法通过多截齿相互作用冲击破岩试验机来实现。
该多截齿相互作用冲击破岩试验机包括：基座、试样盒及截割装置，参见附图2～7，截割装置包括：多个截齿及截齿基座、多组调节机构，调节机构包括：位置调节装置、水平角度调节装置、竖直角度调节装置。
截齿通过截齿基座固定在竖直角度调节装置上，截齿基座4.3可采用焊接的刚性连接。截齿基座设置有容置截齿的凹槽，且截齿基座的侧身设置有连通凹槽的多个截齿螺纹通孔；截齿的根部置于凹槽后，通过截齿固定螺丝穿过截齿螺纹通孔后顶紧截齿，使截齿固定于截齿基座上，实现截齿的可拆卸连接。具体在进行破岩试验时，在截齿和截齿基座之间放置应力传感器，可以检测破岩过程中的法向应力和切向应力，为衡量破岩效率提供相关数据。
竖直角度调节装置能调节截齿在竖直平面上的角度并将截齿固定在竖直设定角度；水平角度调节装置通过第一连杆与竖直角度调节装置连接，水平角度调节装置能调节截齿在水平平面上的角度并将截齿固定在水平设定角度；即可调节截齿相对传动轴的法向方向角度(在传动轴的转动轴向方向上，截齿与岩层所成角度)。位置调节装置通过第二连杆与水平角度调节装置连接；位置调节装置滑动设置在传动轴上，且位置调节装置能相对传动轴翻转。
该截割装置的调节机构能调节多截齿的间距、水平位置、入岩角度，调节机构的位置调节装置调整不同截齿之间的间距及水平位置，不同的水平位置意味着不同的入岩顺序；调节机构的水平角度调节装置与竖直角度调节装置能改变各个截齿相对传动轴的切向方向角度和法向方向角度，继而改变各个截齿的入岩角度。
下面通过具体实施例来介绍通过多截齿相互作用冲击破岩试验机进行多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法：
研究截齿间距对破岩效率的影响实验技术方案：
步骤一：研究截齿间距单因素对破岩效率的影响仅需安装两个截齿，确定单因素变量的变化分别为3cm、5cm、7cm、9cm，此处仅为示例，实际变量确定按照实际试验研究确定，按照试验台的使用方法安装截齿，调整两个截齿的间距为3cm。
步骤二：根据试验台的使用方法使用所述装样机进行装样操作。
步骤三：设定固定的转速，启动伺服电机并启动水循环系统，截齿对岩样进行单周期截割，并记录试验数据。
步骤四：截割完成后，计算比能耗与粗糙度系数，同时导出应力传感器记录数据并进行分析处理。
步骤五：每一组试验均需要重复至少三到五次，以得到某个变量进行变化时对破岩效率的影响规律。
上述研究截齿间距对破岩效率的影响试验技术方案亦可在通过在某个间距下改变伺服电机转速来研究铣轮转速对破岩效率的影响。
研究入岩角度对破岩效率的影响：
步骤一：研究入岩角度对破岩效率的影响可以采用单截齿研究或多截齿研究。采用单截齿研究时，在刀具框架上仅安装一套截齿，并按照铣轮转动的切向方向角度和法向方向角度分别从0°到90°以3°到5°的增量分别进行试验。试验方案即可保持切向角度或法向角度为恒值，对另一个角度进行改变；也可两个角度同时以一定的比例进行改变，如两个角度以相同的速率(切向增量:法向增量＝1:1)施加或切向角度和法向角度以1:2的比例增加角度。采用多截齿研究时，则试验量较大，需对每个截齿按照单截齿的研究方法进行角度的变化，多个截齿均可设置对照，各截齿既可以按照相同的变化模式进行角度的变化，也可以在每个截齿之间的切向和法向设置角度差，使每个截齿在某次试验中的入岩角度均不同，测试更多布齿系统的截齿布置方法。
步骤二：根据试验台的使用方法使用所述装样机进行装样操作。
步骤三：设定固定的转速，启动伺服电机并启动水循环系统，截齿对岩样进行单周期截割，并记录试验数据。
步骤四：截割完成后，计算比能耗与粗糙度系数，同时导出应力传感器记录数据并进行分析处理。
步骤五：每一组试验均需要重复至少三到五次，以得到某个变量进行变化时对破岩效率的影响规律。
在研究截齿类型对破岩效率的影响时，由于截齿的可拆卸性，可方便的更换市面上不同类型的截齿分别进行上述类型的试验，可以对截齿类型的破岩效率的影响进行研究，为双轮铣槽机截齿的选择提供优选方案。
该冲击破岩试验方法对研究双轮铣槽机布齿系统设计方法提供了一个较为完整的试验技术方法，可以通过影响双轮铣槽机布齿系统破岩效率的多影响因素相互作用系统性的研究双轮铣槽机布齿系统的设计方法，填补了国内目前该项目研究的空白。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过多截齿破岩试验机进行截齿间距变化的截割实验，确定截齿间距因素对破岩效率的影响规律；
通过多截齿破岩试验机进行截齿入岩顺序变化的截割实验，确定截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律；
通过多截齿破岩试验机进行截齿入岩角度变化的截割实验，确定截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律；
通过多截齿破岩试验机进行截齿类型变化的截割实验，确定截齿类型因素对破岩效率的影响规律；
根据所述截齿间距因素对破岩效率的影响规律、所述截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律、所述截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律、所述截齿类型因素对破岩效率的影响规律，确定多截齿多因数相互作用对破岩效率的影响规律。
2.如权利要求1所述的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，确定截齿间距因素对破岩效率的影响规律，具体为：
通过调整所述多截齿破岩试验机的截割装置的截齿间距，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿间距因素对破岩效率的影响规律。
3.如权利要求2所述的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，进行截齿间距变化的截割实验时，截齿的数量为2个；截齿间距变化的次数控制为至少3次。
4.如权利要求1所述的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，确定截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律，具体为：
通过调整多截齿截割装置的截齿入岩顺序，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿入岩顺序因素对破岩效率的影响规律。
5.如权利要求1所述的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，确定截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律，具体为：
通过调整多截齿截割装置的截齿入岩角度，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿入岩角度因素对破岩效率的影响规律。
6.如权利要求5所述的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，进行截齿入岩角度变化的截割实验时，采用单截齿实验或多截齿实验，
当采用单截齿实验时，截齿转动的切向方向角度和法向方向角度分别以3°～5°的增量分别进行试验，切向方向角度和法向方向角度的调节范围控制为：0°～90°；可保持切向方向角度或法向方向角度其中一个为恒值，对另一个进行改变，也可两个同时以设定比例进行改变角度；
当采用多截齿实验时，需对每个截齿按照单截齿实验的步骤进行角度的变化，各截齿既可以按照相同的变化模式进行角度的变化，也可以在每个截齿之间的切向和法向设置角度差。
7.如权利要求1所述的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，确定截齿类型因素对破岩效率的影响规律，具体为：
通过更换不同类型的截齿，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿类型因素对破岩效率的影响规律。
8.如权利要求1所述的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，还包括：
通过固定所述多截齿破岩试验机的截割装置的截齿间距、截齿入岩顺序、截齿入岩角度、截齿类型后，调整所述截割装置的旋转驱动部件的转速，分别对标准岩体试样进行截割实验，统计实验过程中截齿的切向应力和法向应力，计算实验完成后的比能耗和粗糙度系数，根据所述截齿的切向应力和法向应力、所述比能耗、所述粗糙度系数确定截齿转速因素对破岩效率的影响规律。
9.如权利要求1所述的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，所述比能耗为截割单位体积的岩体试样所消耗的能量，其计算公式为：
式中，se为比能耗，单位kwh/m3；
10.如权利要求1所述的多因素变量相互作用的冲击破岩试验方法，其特征在于，所述粗糙度系数的计算方法为：对截落的岩屑按尺寸范围进行分类并称重,计算对应的重量百分比，再按尺寸范围从大到小依次求出累积重量百分比，对累积重量百分比进行求和运算。
技术总结