1.一种结合冲击致裂和分形维数的岩体力学特性快速测量装置,其特征在于:包括驱动单元、原位岩样制备单元、冲击控制单元和信息采集与处理单元,所述原位岩样制备单元与所述冲击控制单元均与驱动单元可拆卸连接,所述信息采集与处理单元与所述驱动单元、所述冲击控制单元信号连接;所述驱动单元包括电机和与所述电机的驱动轴连接的钻夹头,所述电机设置在握把上;所述原位岩样制备单元包括岩石抛光盘和空心钻头;所述冲击控制单元包括壳体和设置在所述壳体内部的冲击组件,所述壳体设置为桶状结构,所述壳体的侧壁上对称开设有蓄能限位导槽,所述蓄能限位导槽上滑动连接有限位滑块,所述蓄能限位导槽上设置有用于限制限位滑块移动的卡槽;所述壳体的底部开设有冲击口,所述壳体位于冲击口的外部连接有固定支座,所述固定支座上开设有螺孔;所述冲击组件包括动力齿轮和与所述动力齿轮外啮合的两个从动齿轮,两个所述从动齿轮对称设置,所述从动齿轮的内孔啮合有丝杆,所述丝杆上端转动连接在壳体的顶壁上,所述丝杆的下端贯穿所述限位滑块并转动连接在所述壳体的底壁上,所述丝杆上啮合连接有螺母锁扣;所述动力齿轮的内孔啮合有转轴,所述转轴的上方伸出所述壳体的顶壁,所述转轴的下方连接有高能弹簧,所述高能弹簧的另一端与冲击座连接,所述冲击座的底部连接有冲击杆,所述冲击杆的底部与冲击锥头连接,所述冲击座的侧壁上对称开设有开槽,所述开槽内通过弹簧设置有复位弹簧滑块;所述信息采集与处理单元包括操作面板、单片机和相机,所述相机设置在所述壳体的冲击口外部,所述操作面板设置在所述壳体的外部,所述相机、操作面板均与单片机信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种结合冲击致裂和分形维数的岩体力学特性快速测量装置,其特征在于:所述限位滑块上远离所述蓄能限位导槽的一端、所述复位弹簧滑块的自由端均设置为倾斜面,所述复位弹簧滑块的倾斜面与所述限位滑块的倾斜面相适配。
3.一种基于权利要求1-2任一项所述的结合冲击致裂和分形维数的岩体力学特性快速测量装置的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、选定待测岩体的待冲击区域,将岩石抛光盘连接在电机的钻夹头上,对待冲击区域进行预磨抛光;S2、待冲击区域抛光平整后,将岩石抛光盘更换为空心钻头,钻取直径D和深度H的原位岩样,H≥3 mm,300 mm≥D≥150 mm;S3、完成钻取后,检查原位岩样是否松动或断裂而脱离岩体,若待测岩样未出现松动或断裂,则开展下一步冲击测定;若待测岩样出现松动或断裂而脱离岩体,则选定远离该原位岩样3倍原位岩样直径的位置,重新进行步骤S1-S3操作直至满足冲击测定要求;S4、在原位岩样周围钻四个膨胀螺丝孔,利用膨胀螺丝与固定支座的螺孔配合将冲击组件整体固定在岩体上方,过程中保证冲击锥头的中心对准原位岩样上表面的圆心,固定后检查整个装置稳定无晃动;S5、预估岩体强度,根据岩体强度在操作面板上设置限位滑块的位置,根据标定库设置冲击次数;S6、控制电机的转向,对原位岩样进行冲击试验,利用相机采集每次冲击的图像信息,直至完成所设定的冲击次数;S7、通过单片机的内置程序完成对裂纹图像的分形维数计算和标定库搜索,在操作面板的显示屏上给出测定数据。
4.根据权利要求3所述的测量方法,其特征在于:所述S7中,针对两部相机采集到的图像信息进行图像矫正,获取原位岩样表面的清晰裂纹,采用图像灰度化处理后计算裂纹分形维数;然后计算每一次冲击后的裂纹分形维数,获取同一冲击能量下反复致裂五次的分形维数曲线,联合标定库获得岩体力学特性。