本发明专利技术公开了一种电磁瞬态卸荷的试验系统及方法，所述装置包括两根霍普金森杆和固定于霍普金森杆之间的岩体试样，霍普金森杆的一端固定，另一端设有卸荷组件，霍普金森杆上设置有应变片，应变片依次与超动态应变仪、瞬态波形储存器和数据处理中心连接；卸荷组件包括一侧与霍普金森杆抵接的矩形钢架，矩形钢架的另一侧与脆性杆抵接，矩形钢架的内部空间设置有子弹筒和子弹，子弹与矩形钢架水平高度相同，朝向脆性杆方向；脆性杆的另一侧与加载组件抵接。本发明专利技术采用霍普金森杆装置对瞬态卸荷过程进行模拟，测得卸荷过程中应变状态的变化和应力波的传递方式更加精确，在研究瞬态卸荷的过程中，子弹高速撞击脆性杆使其破坏，极大提高了卸荷效率。提高了卸荷效率。提高了卸荷效率。
【技术实现步骤摘要】
一种电磁瞬态卸荷的试验系统及方法
[0001]本专利技术涉及岩体爆破试验
，特别是涉及一种电磁瞬态卸荷的试验系统及方法。
技术介绍
[0002]在深部地下工程开挖爆破的过程中，高地应力岩体爆破开挖的过程实际上是瞬态卸荷的过程，爆破开挖改变了地下岩体的几何性质，导致开挖面上的初始应力快速卸除，岩体的位移使岩体位移边界条件和荷载边界条件急剧变化，使得储存在岩土中的弹性应变能在短时间内释放出来，从而形成卸荷应力波。
[0003]然而，目前对高地应力爆破开挖引起的变形问题的分析和研究大部分都限于数值模拟和理论推导，数值模拟因为对工程岩体参数具有很大的依赖性,并且所涉及参数很多,需要现场及实验室进行大量样本测定参数,所需成本较大；理论推导涉及到损伤力学、断裂力学等多种学科,理论分析难度较大。而现有的模拟开挖卸荷的试验系统卸荷速率比较慢，无法对岩土模型上所受到的荷载进行快速的卸除。
[0004]目前利用相似模拟方法研究岩体动态卸荷效应的主要有：(1)地下洞室结构面开挖瞬态卸荷松动模拟试验系统(中国专利申请号:201510203951.3)，该装置通过杠杆型加卸载构件实现已开挖的含结构面的地下洞室围岩模型上荷载的快速卸除，但该装置结构较为复杂；(2)一种岩体动态卸荷效应测试试验装置及其测试方法(中国专利申请号:201610331042.2)，该装置通过泄压装置来实现不同围压、不同侧压系数及不同卸荷速度的岩体卸荷,但该装置无法对荷载进行快速的卸除。
[0005]针对现有技术存在的问题,有必要提供一种方便实用的模拟爆破开挖时的瞬态卸荷的试验装置及方法。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对现有技术中存在的问题，提出一种电磁瞬态卸荷的试验系统及方法，可以实现对高地应力下岩体瞬态卸荷过程的模拟，对了解高地应力下瞬态卸荷条件下岩土的应力应变状况和岩体开挖工程施工有重要意义。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所设计的一种电磁瞬态卸荷的试验系统，其特殊之处在于，包括同轴布置的两根霍普金森杆和固定于两根霍普金森杆之间的岩体试样，位于前端的霍普金森杆端部固定，位于后端的霍普金森杆的端部设有瞬态卸荷装置，所述霍普金森杆上设置有监测控制组件；
[0008]所述瞬态卸荷装置包括卸荷装置支撑台，所述卸荷装置支撑台上设置有带滑槽的固定支座，所述带滑槽的固定支座上滑槽的左右两端各设置一个带滑轮钢板，所述左右两端的带滑轮钢板通过平行布置的方形杆连接，所述平行布置的方形杆均分为左右两段，左右两段方形杆的端部分别通过铰链与左右两侧的带滑轮钢板铰接，中部通过铰链连接，所述平行布置的方形杆中部的铰链上设置有两个电磁控制杆，分别设置有电磁铁A、电磁铁B，
所述电磁铁A和电磁铁B相互接触并与电源控制器电连接；左端所述带滑轮钢板与霍普金森杆抵接，右端所述带滑轮钢板与加载组件抵接。
[0009]进一步地，所述加载组件包括千斤顶、液体管路和液压站，千斤顶与带滑轮钢板抵接，所述加载组件向右端带滑轮钢板产生水平方向的荷载。
[0010]更进一步地，所述霍普金森杆的下方设置有混凝土支柱，所述霍普金森杆与混凝土支柱之间通过长条形钢板固定连接，所述霍普金森杆通过钢托固定于下方的长条形钢板上。
[0011]更进一步地，所述带滑槽的固定支座中部设有玄武岩圈，所述平行布置的方形杆中部的铰链的轴承上设有供玄武岩链穿过的通孔，两个电磁控制杆固定于轴承上，并通过玄武岩链穿过玄武岩圈与带滑槽的固定支座连接。
[0012]更进一步地，所述监测控制组件包括电阻应变片、应变仪、计算机和高速摄像机；所述电阻应变片布置在两根霍普金森钢杆上，与应变仪进行连接，所述应变仪、高速摄像机的信号输出端与计算机连接。
[0013]更进一步地，所述千斤顶设置于固定支座上，所述固定支座上设置有用于固定千斤顶的矩形槽。
[0014]更进一步地，与瞬态卸荷装置的霍普金森杆为入射杆，另一根为投射杆，入射杆和投射杆上分别设置有电阻应变片。
[0015]更进一步地，所述加载组件还包括压力控制器和压力表，所述压力控制器的控制端与计算机连接。
[0016]基于上述电磁瞬态卸荷的试验系统，本专利技术还提出一种试验方法，其特殊之处在于，所述方法包括安装步骤和试验步骤；
[0017]安装步骤包括：
[0018]a1)将两根霍普金森杆同轴布置，固定于支撑组件上，将岩石试样固定在两根霍普金森杆中间，使岩石试样两端紧贴霍普金森杆；
[0019]a2)将带滑槽的固定支座固定在卸荷装置支撑台上，滑槽两端分别放置带滑轮钢板，通过铰链将带滑轮钢板与方形杆连接，两段方形杆之间也通过铰链连接；
[0020]a3)将两个分别设置有电磁铁A、电磁铁B的电磁控制杆分别固定在两段方形杆之间的轴承上，电磁铁A、电磁铁B相互接触并分别通过导线与电源控制器连接；
[0021]a4)将两个电阻应变片分别贴在两根霍普金森杆上，将电阻应变片连接应变仪；
[0022]a5)使左右两段方形杆保持在同一轴线上，调整霍普金森杆位置使其与左侧带滑轮钢板紧密接触，调整千斤顶的活塞位置，使其与右侧带滑轮钢板紧密接触；
[0023]试验步骤包括：
[0024]b1)将电源控制器打开，使电磁铁A、电磁铁B相互吸附；
[0025]b2)加载组件向右侧带滑轮钢板施加初始应力，使瞬态卸荷装置受压稳定；
[0026]b3)控制电源控制器，使电磁铁A的电流方向改变，电磁铁A、电磁铁B相互排斥，瞬态推动电磁控制杆上下移动，电磁控制杆带动铰链上下移动；
[0027]b4)两段方形杆的中部被铰链带动上下移动，两段方形杆的左右两端拉动带滑轮钢板向中间移动，左右两侧带滑轮钢板分别脱离霍普金森杆和加载组件；
[0028]b5)霍普金森杆的右端不再受到水平向左的约束应力，此时的岩石试样为瞬态卸
荷状态，电阻应变片采集应变值传输至计算机。
[0029]优选地，所述步骤b3)中，电磁控制杆带动铰链上下移动，电磁控制杆通过设置于铰链上的玄武岩链与带滑槽的固定支座连接，限制电磁控制杆的运动范围。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有的优点及积极效果为：
[0031]1.本专利技术解决了以往试验方法无法模拟高速卸荷的问题，实现了在不同围压下岩体模型上荷载的快速卸荷。
[0032]2.本专利技术可以实现对高地应力下岩体瞬态卸荷过程的模拟，并通过分离式霍普金森压杆对岩体模型在瞬态卸荷条件下的应力应变状况进行监测，对了解高地应力下瞬态卸荷条件下岩土的应力应变状况和岩体开挖工程施工有重要意义。
[0033]3.本专利技术通过电磁控制杆来实现岩体的瞬态卸荷，电磁控制杆利用电磁铁在不同电流方向下磁极的变化，通过电源控制器改变电流的方向，使电磁铁磁极变化，两电磁铁相互排斥，能够实现卸荷装置快速卸荷。
[0034]4.电磁控制杆控制滑轮在滑槽中上下移动来完成瞬态卸荷，瞬态卸荷的过程相对比较稳定，相比于其他通过岩石破碎的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电磁瞬态卸荷的试验系统，其特征在于：包括同轴布置的两根霍普金森杆(2)和固定于两根霍普金森杆(2)之间的岩体试样(1)，位于前端的霍普金森杆(2)端部固定，位于后端的霍普金森杆(2)的端部设有瞬态卸荷装置，所述霍普金森杆(2)上设置有监测控制组件；所述瞬态卸荷装置包括卸荷装置支撑台(11)，所述卸荷装置支撑台(11)上设置有带滑槽的固定支座(17)，所述带滑槽的固定支座(17)上滑槽的左右两端各设置一个带滑轮钢板(9)，所述左右两端的带滑轮钢板(9)通过平行布置的方形杆(7)连接，所述平行布置的方形杆(7)均分为左右两段，左右两段方形杆(7)的端部分别通过铰链(10)与左右两侧的带滑轮钢板(9)铰接，中部通过铰链(10)连接，所述平行布置的方形杆(7)中部的铰链(10)上设置有两个电磁控制杆(6)，分别设置有电磁铁A(23)、电磁铁B(24)，所述电磁铁A(23)和电磁铁B(24)相互接触并与电源控制器(21)电连接；左端所述带滑轮钢板(9)与霍普金森杆(2)抵接，右端所述带滑轮钢板(9)与加载组件抵接。2.根据权利要求1所述的一种电磁瞬态卸荷的试验系统，其特征在于：所述加载组件包括千斤顶(13)、液体管路(18)和液压站(19)，千斤顶(12)与带滑轮钢板(9)抵接，所述加载组件向右端带滑轮钢板(9)产生水平方向的荷载。3.根据权利要求1所述的一种电磁瞬态卸荷的试验系统，其特征在于：所述霍普金森杆(2)的下方设置有混凝土支柱(5)，所述霍普金森杆(2)与混凝土支柱(5)之间通过长条形钢板(3)固定连接，所述霍普金森杆(2)通过钢托(4)固定于下方的长条形钢板(3)上。4.根据权利要求1所述的一种电磁瞬态卸荷的试验系统，其特征在于：所述带滑槽的固定支座(17)中部设有玄武岩圈(14)，所述平行布置的方形杆(7)中部的铰链(10)的轴承(12)上设有供玄武岩链(16)穿过的通孔，两个电磁控制杆(6)固定于轴承(12)上，并通过玄武岩链(16)穿过玄武岩圈(14)与带滑槽的固定支座(17)连接。5.根据权利要求1所述的一种电磁瞬态卸荷的试验系统，其特征在于：所述监测控制组件包括电阻应变片(25)、应变仪(26)、计算机(30)和高速摄像机(29)；所述电阻应变片(25)布置在两根霍普金森钢杆(2)上，与应变仪(26)进行连接，所述应变仪(26)、高速摄像机(29)的信号输出端与计算机(30)连接。6.根据权利要求1所述的一种电磁瞬态卸荷的试验系统，其特征在于：所述千斤顶(13)设置于固定支座(20)上，所述固定支座(20)上设置有用于固定千斤顶(13)的矩形槽。7.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊红，罗忆，王自旭，沙剑鸣，李桥梁，郭运华，瞿登星，宋凯文，王娜娜，刘鑫，邓运辰，龚航里，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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