适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法，所述装置包括三对同轴布置的霍普金森压杆组件以及固定于三对霍普金森压杆组件中间的岩石试样模型，每对霍普金森压杆组件包括入射杆、透射杆，透射杆一端与岩石试样模型接触，另一端固定，入射杆一端与岩石试样模型接触，另一端与瞬态卸荷装置接触；入射杆、透射杆上设置有数据采集组件；瞬态卸荷装置一侧的带滑轮的传力钢板外部与入射杆抵接，另一侧的带滑轮的传力钢板外部与加载装置抵接。本发明专利技术可以通过真三维霍普金森压杆可以实现岩石试样模型在三轴方向上不同荷载条件下的瞬态卸荷，从而实现对深部高地应力状态下岩体瞬态卸荷过程的模拟。状态下岩体瞬态卸荷过程的模拟。状态下岩体瞬态卸荷过程的模拟。

【技术实现步骤摘要】
适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩体力学试验
，具体地指一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法。

技术介绍

[0002]由于深部地下岩体往往存有较高的地应力和应变能，在深部地下工程开挖爆破过程中，处于高地应力状态下的岩体开挖爆破的过程实际上是一个快速卸荷的过程，伴随开挖爆破，岩体破碎并形成新的开挖面，开挖爆破改变了岩体位移边界条件和应力状态，导致开挖边界上岩体地应力及应变能随岩体的爆破破碎瞬间释放，该过程为一瞬态卸荷力学过程，使得开挖面附近围岩应力迅速调整并在围岩中激发应力波。
[0003]目前，国内研究学者对高地应力岩体开挖爆破引起的变形等问题的分析和研究方法主要为理论分析和数值计算。理论分析过程涉及到损伤力学、弹性波理论等学科，分析难度较为复杂；而数值计算对岩体工程参数有较强依赖性，需要大量时间进行实验采取岩石参数，所需成本较高；此外，以往研究开挖卸荷的方法难以对卸荷过程产生的应力应变状态进行分析，而现有的模拟开挖卸荷的实验装置大多存在卸荷速率较慢，无法对实验模型所受荷载进行快速卸除，导致实验模拟结果与工程实际存在较大差距。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述存在的问题，提出一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法，可以实现深部岩体在三维应力状态下瞬态卸荷的模拟，对研究高地应力条件下岩体瞬态卸荷过程的应力应变状况具有积极的意义。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所设计的一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置，包括三对同轴布置的霍普金森压杆组件以及固定于三对霍普金森压杆组件中间的岩石试样模型，每对霍普金森压杆组件包括入射杆、透射杆，所述透射杆一端与岩石试样模型接触，另一端固定，所述入射杆一端与岩石试样模型接触，另一端与瞬态卸荷装置接触；所述入射杆、透射杆上设置有数据采集组件；其特殊之处在于，
[0006]所述瞬态卸荷装置设置于固定支座上，包括竖直布置于固定支座中部的滑块导轨平台和平行布置于滑块导轨平台上下两端的固定钢板，所述滑块导轨平台的中部上方设置有脆性方块，所述脆性方块内设置有炸药；
[0007]所述脆性方块的上下两端分别与一个方形铁滑块抵接，所述方形铁滑块通过底部滑槽嵌置在设置于滑块导轨平台上的滑块导轨上，所述方形铁滑块的一端与脆性方块抵接，另一端通过弹簧与固定钢板连接；
[0008]两个所述方形铁滑块的左右两侧分别与一个铰链螺杆的一端抵接，所述铰链螺杆的另一端通过铰链轴承与带滑轮的传力钢板连接；
[0009]所述带滑轮的传力钢板的上下两端设有滑轮，所述滑轮分别嵌置于固定钢板对应位置的滑道中，中部由铰链螺杆支撑的所述带滑轮的传力钢板与固定钢板形成矩形框架；
[0010]所述瞬态卸荷装置一侧的带滑轮的传力钢板外部与入射杆抵接，另一侧的带滑轮的传力钢板外部与加载装置抵接。
[0011]进一步地，所述脆性方块中部设有一端开口的腔室，腔室内设置有炸药，所述炸药通过引爆导线与起爆控制器连接。
[0012]更进一步地，所述加载装置包括固定钢框和固定钢框内腔中的液压千斤顶，所述固定钢框的外侧通过传力板与带滑轮的传力钢板抵接，所述液压千斤顶通过液压导管、压力表与液压控制站连接。
[0013]更进一步地，所述岩石试样模型由四个相同的钢拼块拼接组成，每个钢拼块的表面具有槽孔，拼接后形成内部具有方形的岩体试样室腔体、每个表面具有方形开孔的正方体结构，所述岩石试样模型表面开孔的大小与入射杆、透射杆的截面面积相同。
[0014]更进一步地，所述入射杆和透射杆设置于混凝土支撑台上，并通过钢支撑固定。
[0015]更进一步地，所述数据采集组件包括布置于入射杆、透射杆上的应变片，所述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。
[0016]更进一步地，所述起爆控制器为一个，分别通过引爆导线与设置于三个瞬态卸荷装置的脆性方块中的炸药电连接。
[0017]本专利技术还提出一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置的试验方法，所述方法基于上述试验装置实现，所述方法包括安装步骤和试验步骤；
[0018]安装步骤包括：
[0019]a1)将三对同轴布置的霍普金森压杆组件固定于混凝土支撑台上，将装有岩石试样的岩石试样模型固定在三对霍普金森压杆组件中间，使岩石试样两端紧贴入射杆和透射杆；
[0020]a2)将固定钢板固定在固定支座上，将带滑轮的传力钢板的上下滑轮放入固定钢板的滑槽中，通过铰链轴承将带滑轮的传力钢板与铰链螺杆连接；
[0021]a3)将两个方形铁滑块的底部放置在滑块导轨，将两个方形铁滑块左右两侧分别固定在铰链螺杆之间的轴承上，两个方形铁滑块之间固定放置脆性方块；
[0022]a4)将脆性方块的内腔中放入炸药，并通过引爆导线与起爆控制器连接；
[0023]a5)将应变片分别贴在入射杆和透射杆上，将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；
[0024]a6)使方形铁滑块左右两侧的铰链螺杆保持在同一轴线上，调整入射杆位置使其与带滑轮的传力钢板紧密接触，调整千斤顶施加荷载大小，使其通过传力板与带滑轮的传力钢板紧密接触；
[0025]试验步骤包括：
[0026]b1)通过起爆控制器控制炸药爆炸，脆性方块被破坏；
[0027]b2)两个方形铁滑块在弹簧的回弹力作用下，沿滑块导轨向上下两侧滑动，并牵引铰链螺杆上下移动；
[0028]b3)所述带滑轮的传力钢板在铰链螺杆的牵引下沿固定钢板(15)的滑槽向中间移动；
[0029]b4)入射杆的一端不再受到水平约束应力，此时岩石试样模型内的岩石试样为瞬态卸荷状态，应变片采集应变值传输至数据处理中心。
[0030]优选地，三个方向加载装置的千斤顶分别对岩石试样三向施加不同荷载，以实现对深部岩体受扰动前三向应力状态的模拟。
[0031]优选地，通过起爆控制器的控制使得三个方向的脆性方块内的炸药以设定的次序及时间间隔起爆。
[0032]与现有模拟开挖卸荷实验装置相比，本专利技术具有以下优点及积极效果：
[0033]1、本专利技术解决了以往模拟开挖卸荷实验装置无法对岩石试样模型荷载进行瞬间卸除的问题，实现了对岩石试样在加载状态下的瞬态卸荷；
[0034]2、本专利技术可以通过真三维霍普金森压杆可以实现岩石试样模型在三轴方向上不同荷载条件下的瞬态卸荷，从而实现对深部高地应力状态下岩体瞬态卸荷过程的模拟；
[0035]3、本专利技术通过真三轴霍普金森压杆实现对岩石试样模型瞬态卸荷过程中六个不同面上应力应变状况的监测，对高地应力条件下岩体瞬态卸荷过程引起的应力应变问题的研究和分析具有重要的意义；
[0036]4、本专利技术通过瞬态卸荷装置来实现岩体荷载的瞬间卸除，利用起爆控制器自动控制多个炸点以一定次序、不同时间间隔起爆破坏脆性杆，在弹簧力作用下，实现对不同卸荷路径下岩石瞬间卸荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置，包括三对同轴布置的霍普金森压杆组件(2)以及固定于三对霍普金森压杆组件(2)中间的岩石试样模型(1)，每对霍普金森压杆组件(2)包括入射杆(2.1)、透射杆(2.2)，所述透射杆(2.2)一端与岩石试样模型(1)接触，另一端固定，所述入射杆(2.1)一端与岩石试样模型(1)接触，另一端与瞬态卸荷装置接触；所述入射杆(2.1)、透射杆(2.2)上设置有数据采集组件；其特征在于：所述瞬态卸荷装置设置于固定支座(26)上，包括竖直布置于固定支座(26)中部的滑块导轨平台(8)和平行布置于滑块导轨平台(8)上下两端的固定钢板(15)，所述滑块导轨平台(8)的中部上方设置有脆性方块(9)，所述脆性方块(9)内设置有炸药(13)；所述脆性方块(9)的上下两端分别与一个方形铁滑块(30)抵接，所述方形铁滑块(30)通过底部滑槽嵌置在设置于滑块导轨平台(8)上的滑块导轨(6)上，所述方形铁滑块(30)的一端与脆性方块(9)抵接，另一端通过弹簧(29)与固定钢板(15)连接；两个所述方形铁滑块(30)的左右两侧分别与一个铰链螺杆(12)的一端抵接，所述铰链螺杆(12)的另一端通过铰链轴承(11)与带滑轮的传力钢板(16)连接；所述带滑轮的传力钢板(16)的上下两端设有滑轮，所述滑轮分别嵌置于固定钢板(15)对应位置的滑道中，中部由铰链螺杆(12)支撑的所述带滑轮的传力钢板(16)与固定钢板(15)形成矩形框架；所述瞬态卸荷装置一侧的带滑轮的传力钢板(16)外部与入射杆(2.1)抵接，另一侧的带滑轮的传力钢板(16)外部与加载装置抵接。2.根据权利要求1所述的一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置，其特征在于：所述脆性方块(9)中部设有一端开口的腔室，腔室内设置有炸药(13)，所述炸药(13)通过引爆导线(14)与起爆控制器(17)连接。3.根据权利要求1所述的一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置，其特征在于：所述加载装置包括固定钢框(18)和固定钢框(18)内腔中的液压千斤顶(19)，所述固定钢框(18)的外侧通过传力板(24)与带滑轮的传力钢板(16)抵接，所述液压千斤顶(19)通过液压导管(21)、压力表(22)与液压控制站(23)连接。4.根据权利要求1所述的一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置，其特征在于：所述岩石试样模型(1)由四个相同的钢拼块(27)拼接组成，每个钢拼块(27)的表面具有槽孔，拼接后形成内部具有方形的岩体试样室(28)腔体、每个表面具有方形开孔的正方体结构，所述岩石试样模型(1)表面开孔的大小与入射杆(2.1)、透射杆(2.2)的截面面积相同。5.根据权利要求1所述的一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置，其特征在于：所述入射杆(2.1)和透射杆(2.2)设置于混凝土支撑台(4)上，并通过钢支撑(5)固定。6.根据权利要求2所述的一种适用于真三轴霍普金森压杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忆，张贤齐，宋凯文，李新平，郭运华，陶宇航，李陈，孟飞，黄俊红，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：