本实用新型专利技术公开了一种基于真三轴静载的岩石霍普金森冲击加载实验装置，包括高压气炮、入射方杆、X方向定位导轨、入射杆固定支架、中心支架、Z方向下固定支架、Z方向下输出方杆、Y方向右固定支架、Y方向定位导轨、Y方向右输出方杆、透射方杆、透射杆固定支架、X方向蝶形弹簧、X方向空心液压缸、吸收杆、Z方向上固定支架、Z方向上输出方杆、Z方向蝶形弹簧、Z方向液压缸、Z方向定位导轨、立方体方箱、Y方向左固定支架、Y方向左输出方杆、Y方向蝶形弹簧、Y方向液压缸、杆长度微调装置、杆定位微调装置和伺服液压系统泵站。本实用新型专利技术实现了在稳定静载真三轴应力状态下岩石试样的冲击压缩加载。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及岩石霍普金森冲击加载实验的
，具体涉及一种基于真三轴静载的岩石霍普金森冲击加载实验装置。
技术介绍
工程岩石处于复杂的应力状态。随地下工程、水利工程的深度与广度发展，工程设计、施工，以及安全生产迫切需要得到岩石在复杂应力状态下高应变率动态力学参数，设计制造一种能对处于真三轴应力状态的岩石进行冲击加载的实验装置显得尤为迫切。岩石在复杂应力状态下的冲击性能实验目前国内外主要采用基于霍普金森压杆的主动围压装置。该类设备通过高压液体(油或水)对圆柱形试件的侧向施加围压，而后在轴向采用霍普金森压杆施加冲击载荷，其初始的静载为侧向等围压状态。专利号为ZL200510032031.6的专利技术专利介绍了一种动静组合加载岩石力学实验装置。该装置在已有的霍普金森压杆主动围压装置上增加了轴向加载油缸，可分别对试件进行围压和轴压的预加载，但其初始的静载仍为侧向等围压状态。这种应力状态无法反映工程实际中的真三轴应力状态。目前国内外尚没有进行岩石真三轴静载应力状态下冲击特性实验的设备。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可以在岩石类试样施加到预定的真三轴应力状态(三个主方向的应力满足：σx≠σy≠σz)后，对试样进行冲击实验的测试装备。通过合理设计的定位体系，精确安装立方体试件；通过液压伺服控制系统，精确控制三个方向的液压缸，对试件三个方向分别施加压力，使试件处于真三轴应力状态；通过透射杆后部的碟形弹簧、空心液压缸，以及吸收杆，缓冲冲击能量并保护X方向液压系统；通过试件侧向的四根方杆上的测试信号，监测立方体试件的变形发展。本技术为了实现上述的专利技术目的，采用如下的技术方案：一种基于真三轴静载的岩石霍普金森冲击加载实验装置，包括高压气炮、入射方杆、X方向定位导轨、入射杆固定支架、中心支架、Z方向下固定支架、Z方向下输出方杆、Y方向右固定支架、Y方向定位导轨、Y方向右输出方杆、透射方杆、透射杆固定支架、X方向蝶形弹簧、X方向空心液压缸、吸收杆、Z方向上固定支架、Z方向上输出方杆、Z方向蝶形弹簧、Z方向液压缸、Z方向定位导轨、立方体方箱、Y方向左固定支架、Y方向左输出方杆、Y方向蝶形弹簧、Y方向液压缸、杆长度微调装置、杆定位微调装置、伺服液压系统泵站、高压油管、矩管组合结构和吸收杆调心螺栓；实验装置的三个相互垂直方向分别设置X方向定位导轨、Y方向定位导轨和Z方向定位导轨，X方向定位导轨、Y方向定位导轨和Z方向定位导轨分别穿过实验装置中部设置的立方体方箱，立方体方箱六个面的中部预留方孔，六个方孔分别设置入射方杆、透射方杆、Z方向上输出方杆、Z方向下输出方杆、Y方向右输出方杆、Y方向左输出方杆；中心支架上面为立方体方箱，入射方杆与透射方杆分别穿过立方体方箱X方向的两侧方孔加持试件；入射方杆一端设置包含杆长度微调装置和杆定位微调装置的夹持装置，该夹持装置外侧对应设置高压气炮；透射方杆设置包含杆定位微调装置的夹持系统，另一端设置杆长度微调装置，透射方杆通过杆长度微调装置中部设置的圆孔与X方向碟形弹簧连接，X方向碟形弹簧一侧设置X方向空心液压缸，透射方杆通过X方向碟形弹簧与X方向空心液压缸中部设置的圆孔与吸收杆相连，吸收杆设置吸收杆夹持系统；X方向蝶形弹簧左侧设置吸收杆调心螺栓；3个吸收杆调心螺栓沿径向均匀分布；Y方向右输出方杆和Y方向左输出方杆分别穿过立方体方箱Y方向的两侧方孔加持试件；Y方向右输出方杆一端设置包含杆长度微调装置和杆定位微调装置的夹持装置；Y方向左输出方杆设置包含杆定位微调装置的夹持装置，另一端设置杆长度微调装置，Y方向左输出方杆通过杆长度微调装置中部设置的圆孔与Y方向碟形弹簧连接，Y方向碟形弹簧一侧设置Y方向液压缸；Z方向下输出方杆和Z方向上输出方杆分别穿过立方体方箱Z方向的两侧方孔加持试件；Z方向下输出方杆一端设置包含杆长度微调装置和杆定位微调装置的夹持装置；Z方向上输出方杆设置包含杆定位微调装置的夹持装置，另一端设置杆长度微调装置，Z方向上输出方杆通过杆长度微调装置中部设置的圆孔与Z方向碟形弹簧连接，Z方向碟形弹簧一侧设置Z方向液压缸；X方向空心液压缸、Y方向液压缸、Z方向液压缸分别通过独立的高压油管与伺服液压系统泵站连接。本技术有如下优点：1.试样的三个主方向采用液压伺服控制系统施加静载，可以实现稳定的真三轴应力状态。由此，实现了在稳定静载真三轴应力状态下岩石试样的冲击压缩加载。2.四根侧向杆上测试得到的波形，可以监测试件的破坏演化。3.中心支架和三个方向定位导轨的应用，保证了试件安装的便利和实验的重复性。4.X方向(冲击方向)空心液压缸和吸收杆的应用，保证了冲击方向设备的安全。附图说明图1为实验原理图；图2a为真三轴静载下冲击加载实验装置的主视图；图2b为真三轴静载下冲击加载实验装置的俯视图；图2c为真三轴静载下冲击加载实验装置的三维图；图3a为中心支架；图3b为中心支架的垂直向安装图；图4a为X方向空心液压缸及吸收杆装配图(主视图)；图4b为X方向空心液压缸及吸收杆装配图(左视图)；图中附图标记含义：1-高压气炮；2-入射方杆；3-X方向定位导轨；4-入射杆固定支架；5-中心支架；6-Z方向下固定支架；7-Z方向下输出方杆；8-Y方向右固定支架；9-Y方向定位导轨；10-Y方向右输出方杆；11-透射方杆；12-透射杆固定支架；13-X方向蝶形弹簧；14-X方向空心液压缸；15-吸收杆；16-Z方向上固定支架；17-Z方向上输出方杆；18-Z方向蝶形弹簧；19-Z方向液压缸；20-Z方向定位导轨；21-立方体方箱；22-Y方向左固定支架；23-Y方向左输出方杆；24-Y方向蝶形弹簧；25-Y方向液压缸；26-杆长度微调装置；27-杆定位微调装置；28-伺服液压系统泵站；29-高压油管；30-矩管组合结构；31-吸收杆调心螺栓；32-立方体岩石试件。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细说明：图1为实验原理图，图1中：σx、σy、σz分别为冲击实验之前在立方体试件的X方向、Y方向、Z方向施加的静载；冲击过程，在X方向施加冲击信号(I1)，经过立方体试件后，将在立方体试件的X方向后端面产生透射信号(T1)，在Y方向右端面产生透射信号(Ty2),在Y方向左端面产生透射信号(Ty1),在Z方向上端面产生透射信号(Tz1),在Z方向下端面产生透射信号(Tz2)。如图2a、图2b所示，其中，图2a为真三轴静载下冲击加载实验装置的主视图；图2b为真三轴静载下冲击加载实验装置的俯视图；图2c为真三轴静载下冲击加载实验装置的三维图，实验装置的三个方向分别设置X方向定位导轨3、Y方向定位导轨9和Z方向定位导轨20；实验装置的中部设置中心支架5、立方体方箱21，立方体方箱21的六个面的中部预留方孔，立方体岩石试件32置于立方体方箱21的内部，立方体方箱21在X方向的方孔中一侧设置入射方杆2，另一侧透射方杆11；入射方杆2一端设置杆长度微调装置26、杆定位微调装置27，和入射杆固定支架4，入射杆固定支架4外侧对应设置高压气炮1；透射方杆11一端设置杆定位微调装置27、透射杆固定支架12，透射方杆11通过透射杆固定支架12中部设置的圆孔与X方向的碟形弹簧13连接，X方向碟形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于真三轴静载的岩石霍普金森冲击加载实验装置，其特征在于：包括高压气炮(1)、入射方杆(2)、X方向定位导轨(3)、入射杆固定支架(4)、中心支架(5)、Z方向下固定支架(6)、Z方向下输出方杆(7)、Y方向右固定支架(8)、Y方向定位导轨(9)、Y方向右输出方杆(10)、透射方杆(11)、透射杆固定支架(12)、X方向蝶形弹簧(13)、X方向空心液压缸(14)、吸收杆(15)、Z方向上固定支架(16)、Z方向上输出方杆(17)、Z方向蝶形弹簧(18)、Z方向液压缸(19)、Z方向定位导轨(20)、立方体方箱(21)、Y方向左固定支架(22)、Y方向左输出方杆(23)、Y方向蝶形弹簧(24)、Y方向液压缸(25)、杆长度微调装置(26)、杆定位微调装置(27)、伺服液压系统泵站(28)、高压油管(29)、矩管组合结构(30)和吸收杆调心螺栓(31)；实验装置的三个相互垂直方向分别设置X方向定位导轨(3)、Y方向定位导轨(9)和Z方向定位导轨(20)，X方向定位导轨(3)、Y方向定位导轨(9)和Z方向定位导轨(20)分别穿过实验装置中部设置的立方体方箱(21)，立方体方箱(21)六个面的中部预留方孔，六个方孔分别设置入射方杆(2)、透射方杆(11)、Z方向上输出方杆(17)、Z方向下输出方杆(7)、Y方向右输出方杆(10)、Y方向左输出方杆(23)；中心支架(5)上面为立方体方箱(21)，入射方杆(2)与透射方杆(11)分别穿过立方体方箱(21)X方向的两侧方孔加持试件；入射方杆(2)一端设置包含杆长度微调装置(26)和杆定位微调装置(27)的夹持装置，该夹持装置外侧对应设置高压气炮(1)；透射方杆(11)设置包含杆定位微调装置(27)的夹持系统，另一端设置杆长度微调装置(26)，透射方杆(11)通过杆长度微调装置(26)中部设置的圆孔与X方向碟形弹簧(13)连接，X方向碟形弹簧(13)一侧设置X方向空心液压缸(14)，透射方杆(11)通过X方向碟形弹簧(13)与X方向空心液压缸(14)中部设置的圆孔与吸收杆(15)相连，吸收杆(15)设置吸收杆夹持系统；X方向蝶形弹簧(13)左侧设置吸收杆调心螺栓(31)；3个吸收杆调心螺栓(31)沿径向均匀分布；Y方向右输出方杆(10)和Y方向左输出方杆(23)分别穿过立方体方箱(21)Y方向的两侧方孔加持试件；Y方向右输出方杆(10)一端设置包含杆长度微调装置(26)和杆定位微调装置(27)的夹持装置；Y方向左输出方杆(23)设置包含杆定位微调装置(27)的夹持装置，另一端设置杆长度微调装置(26)，Y方向左输出方杆(23)通过杆长度微调装置(26)中部设置的圆孔与Y方向碟形弹簧(24)连接，Y方向碟形弹簧(24)一侧设置Y方向液压缸(25)；Z方向下输出方杆(7)和Z方向上输出方杆(17)分别穿过立方体方箱(21)Z方向的两侧方孔加持试件；Z方向下输出方杆(7)一端设置包含杆长度微调装置(26)和杆定位微调装置(27)的夹持装置；Z方向上输出方杆(17)设置包含杆定位微调装置(27)的夹持装置，另一端设置杆长度微调装置(26)，Z方向上输出方杆(17)通过杆长度微调装置(26)中部设置的圆孔与Z方向碟形弹簧(18)连接，Z方向碟形弹簧(18)一侧设置Z方向液压缸(19)；X方向空心液压缸(14)、Y方向液压缸(25)、Z方向液压缸(19)分别通过独立的高压油管(29)与伺服液压系统泵站(28)连接。...
【技术特征摘要】
1.一种基于真三轴静载的岩石霍普金森冲击加载实验装置，其特征在于：包括高压气炮(1)、入射方杆(2)、X方向定位导轨(3)、入射杆固定支架(4)、中心支架(5)、Z方向下固定支架(6)、Z方向下输出方杆(7)、Y方向右固定支架(8)、Y方向定位导轨(9)、Y方向右输出方杆(10)、透射方杆(11)、透射杆固定支架(12)、X方向蝶形弹簧(13)、X方向空心液压缸(14)、吸收杆(15)、Z方向上固定支架(16)、Z方向上输出方杆(17)、Z方向蝶形弹簧(18)、Z方向液压缸(19)、Z方向定位导轨(20)、立方体方箱(21)、Y方向左固定支架(22)、Y方向左输出方杆(23)、Y方向蝶形弹簧(24)、Y方向液压缸(25)、杆长度微调装置(26)、杆定位微调装置(27)、伺服液压系统泵站(28)、高压油管(29)、矩管组合结构(30)和吸收杆调心螺栓(31)；实验装置的三个相互垂直方向分别设置X方向定位导轨(3)、Y方向定位导轨(9)和Z方向定位导轨(20)，X方向定位导轨(3)、Y方向定位导轨(9)和Z方向定位导轨(20)分别穿过实验装置中部设置的立方体方箱(21)，立方体方箱(21)六个面的中部预留方孔，六个方孔分别设置入射方杆(2)、透射方杆(11)、Z方向上输出方杆(17)、Z方向下输出方杆(7)、Y方向右输出方杆(10)、Y方向左输出方杆(23)；中心支架(5)上面为立方体方箱(21)，入射方杆(2)与透射方杆(11)分别穿过立方体方箱(21)X方向的两侧方孔加持试件；入射方杆(2)一端设置包含杆长度微调装置(26)和杆定位微调装置(27)的夹持装置，该夹持装置外侧对应设置高压气炮(1)；透射方杆(11)设置包含杆定...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐松林，赵坚，宋晓勇，张乾兵，王鹏飞，徐可立，胡时胜，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34
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