水-力耦合霍普金森杆测试系统技术方案

本发明专利技术公开了水

【技术实现步骤摘要】
水
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力耦合霍普金森杆测试系统


[0001]本专利技术涉及霍普金森杆测试
，尤其涉及水
‑
力耦合霍普金森杆测试系统。

技术介绍

[0002]随着地下空间开发愈发趋向深部，深部岩体往往赋存于高地应力、高渗透压等深部环境，并在深部工程开发的过程中，易受到近场地震、开挖爆破和岩爆等不利条件影响，地下工程灾害频发，严重影响着工程的安全稳定，因此，研究岩体在高应力、高渗透压下的动态力学响应机制具有十分重要的理论价值与工程意义。
[0003]分离式霍普金森杆是研究中高应变率下材料动力学最为广泛的加载试验设备，但目前，国内外学者对材料在高预应力、高渗透压下的动态性能的探讨还相对较少，已有的研究大多是基于分离式霍普金森压杆开展轴压与温度耦合、轴压与围压耦合、以及单一的不同含水状态或不同轴压作用下，不同类型岩石的冲击动力学特性研究，但研究缺乏考虑了岩土体的深部真实赋存环境，这主要是由于现有技术无法实现高预静压力加载或渗透水压力的耦合加载，进而造成了岩体在高应力、高渗透压下的动态性能劣化等科学问题在研究方向上的空白。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了水
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力耦合霍普金森杆测试系统，可以模拟出作用于岩体的真实环境，解决了因现有技术中霍普金森杆的环境模拟体无法实现水力环境的耦合加载，造成了岩体在高应力、高渗透压下的动态性能劣化等科学问题在研究方向上的空白。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]提供了水
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力耦合霍普金森杆测试系统，其包括安装平台，安装平台上设置有环境模拟系统和一维霍普金森杆装置；
[0007]环境模拟系统包括两端具有开口的承压套，承压套的两端均连接有一个渗流端盖；承压套内部设置有围压腔，承压套上设置有一个用于与围压腔连通的围压孔；
[0008]每个渗流端盖设置有渗透水压腔；每个渗流端盖上设置有与渗透水压腔连通的渗水孔；两个渗流端盖的中部均设置有一个圆形通道；
[0009]一维霍普金森杆装置系统包括轴向作动器、入射杆、透射杆11、挡板、安装块、拉杆、挡环、杆件位置调整装置和支撑块，撞击系统包含炮筒和撞击杆，入射杆和透射杆分别位于承压套的两侧，入射杆和透射杆的一端端部均穿过圆形通道位于承压套内部，轴向作动器与透射杆的另一端端部连接，撞击杆用于撞击挡环，并传递应力波给入射杆。
[0010]本专利技术的基本原理为：环境模拟系统中设置有围压腔和渗透水压腔，同时一维霍普金森杆装置的轴压系统提供轴向轴压，进而能够对被测岩体同时施加轴压﹑围压、水压，以及进行不同的冲击荷载作用下的多场耦合动态力学特性实验，解决了现有动力学设备难以实现岩体真实环境高预应力和高渗透压下的动态力学响应试验的技术难题。
[0011][0012]进一步地，作为安装平台的一种具体的设置方式，安装平台包括用于与地面固定连接的横向底座，横向底座的顶部设置有多个支撑梁，多个支撑梁的顶部设置有一根横梁，横梁的两端分别设置有一个左端底座和右端底座；横梁上端面的中部设置有一个支撑座，支撑座的底部与横梁的上端面固定连接，支撑座的顶部呈半圆弧结构，环境模拟系统与支撑底座顶部；
[0013]左端底座和右端底座的顶部分别设置有挡板和安装块，挡板和安装块之间固定有多根拉杆；入射杆和透射杆设置在挡板和安装块之间；
[0014]撞击杆设置于挡板的外侧，挡板上开设有通孔，通孔内设置有用于与撞击杆和入射杆接触的挡环；安装块上设置有凹槽，凹槽内设置有轴向作动器。
[0015]进一步地，横梁的上端面设置有多个杆件位置调整装置，多个杆件位置调整装置均匀分布于支撑座的两侧；
[0016]每个杆件位置调整装置均包括方形支座，方形支座的底部与横梁的上端面固定连接，方形支座的顶部设置有呈中空圆柱结构的圆环连接件，圆环连接件用于供入射杆或透射杆穿过，圆环连接件的圆周外壁与方形支座的顶部固定连接，圆环连接件的圆周侧壁上环形均匀螺纹连接有3根调节螺栓。
[0017]入射杆和透射杆均穿过圆环连接件，而通过调整3根调节螺栓的旋进深度，实现调整入射杆和透射杆在圆环连接件中间的位置，便于在试验中调整入射杆和透射杆的位置，使得入射杆和透射杆对准被测岩体的两端端面，同时也对入射杆和透射杆起到支撑作用。
[0018]进一步地，作为挡环的一种具体设置方式，挡环整体呈圆柱结构，挡环的一端端面中部设置有环形凸起，环形凸起设置在通孔，挡环上环形凸起所在的端面与挡板的内端面接触；挡环的另一端面上设置有凹陷圆形槽，入射杆的端部设置于凹陷圆形槽内。
[0019]挡环的作用为：通过环形凸起定位并且挡环与挡板的内端面接触，实现了入射杆和透射杆夹紧被测岩体的两端，起到对被测岩体施加轴向轴压力的作用，其次通过撞击杆撞击环形凸起的端部，产生应力波，依次传递给挡环、入射杆至被测岩体，实现对被测岩体冲击荷载的施加。
[0020]进一步地，作为围压腔和渗透水压腔的一种具体的设置方式，承压套内设置有呈圆环结构的橡胶套，橡胶套用于安装呈圆柱结构的被测岩体，橡胶套的长度大于被测岩体的长度；被测岩体设置在橡胶套内，入射杆和透射杆的端部分别与被测岩体的两端端面接触，被测岩体的圆周外壁始终与橡胶套的圆周内壁接触，使得围压源介质通过橡胶套对被测岩体的圆周外壁施加围压，如果被测岩体的长度大于橡胶套的长度，那么被测岩体的部分圆周外壁位于橡胶套的外壁，导致无法对超出部分的被测岩体施加围压，使得试验结果有偏差，试验数据不具备代表性。
[0021]橡胶套的两端端面上均设置有一个密封隔圈，两个密封隔圈的直径大于橡胶套的直径，两个密封隔圈的圆周外壁与承压套的内壁接触；
[0022]两个密封隔圈相对的两个内端面、橡胶套的圆周外壁和承压套的圆周内壁组成围压腔；
[0023]两个渗流端盖相对的两个内端面上设置有圆形安装槽，两个密封隔圈相背的两个外端面上均设置有一个与圆形安装槽匹配的圆柱凸起安装部，每个渗流端盖上的圆形安装
槽与每个密封隔圈上的圆柱凸起安装部组成渗透水压腔。
[0024]进一步地，橡胶套的圆周外壁上设置有环形凹槽，橡胶套的两端端面上设置有安装法兰，橡胶套的两端端面通过螺栓连接件穿过环形凹槽的两侧侧壁和两个安装法兰分别与两个密封隔圈连接，两个安装法兰中部设置有供入射杆或透射杆穿过的圆形通道；通过设置环向凹槽实现了螺栓连接件的安装，而如果让橡胶套直接与两个密封隔圈直接连接，橡胶套会因硬度不够而造成损坏，所以在橡胶套的端面上设置安装法兰，通过安装法连实现了橡胶套与两个密封隔圈的连接，可以减少橡胶套的变形的同时，围压源介质通过橡胶套对被测岩体施加围压的效果更稳定，提高试验的准确性。
[0025]两个密封隔圈的圆周外壁上均设置有用于与承压套圆周内壁密封连接的第一O型密封圈和高压密封圈。第一O型密封圈和高压密封圈使得围压腔密封，在对被测岩体进行施加围压过程中，避免了围压腔内的围压源介质泄漏。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水
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力耦合霍普金森杆测试系统，其特征在于，包括安装平台，所述安装平台上设置有环境模拟系统和一维霍普金森杆装置系统；所述环境模拟系统包括两端具有开口的承压套，所述承压套的两端均连接有一个渗流端盖；承压套内部设置有围压腔，承压套上设置有一个用于与所述围压腔连通的围压孔；每个所述渗流端盖设置有渗透水压腔；每个渗流端盖上设置有与所述渗透水压腔连通的渗水孔；两个渗流端盖的中部均设置有一个圆形通道；一维霍普金森杆装置的轴压系统包括轴向作动器、入射杆、透射杆、挡板、安装块、拉杆、挡环、杆件位置调整装置和支撑块，撞击系统包含炮筒和撞击杆，所述入射杆和透射杆分别位于承压套的两侧，入射杆和透射杆的一端端部均穿过圆形通道位于承压套内部，所述轴向作动器与透射杆的另一端端部连接，所述撞击杆用于撞击挡环，并传递应力波给入射杆。2.根据权利要求1所述的水
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力耦合霍普金森杆测试系统，其特征在于，所述安装平台包括用于与地面固定连接的横向底座，所述横向底座的顶部设置有多个支撑梁，多个所述支撑梁的顶部设置有一根横梁，所述横梁的两端分别设置有一个左端底座和右端底座；横梁上端面的中部设置有一个支撑座，所述支撑座的底部与横梁的上端面固定连接，支撑座的顶部呈半圆弧结构，所述环境模拟系统与支撑底座顶部；左端底座和右端底座的顶部分别设置有挡板和安装块，所述挡板和安装块之间固定有多根拉杆；所述入射杆和透射杆设置在挡板和安装块之间；所述撞击杆设置于挡板的外侧，挡板上开设有通孔，所述通孔内设置有用于与撞击杆和入射杆接触的挡环；安装块上设置有凹槽，凹槽内设置有所述轴向作动器。3.根据权利要求2所述的水
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力耦合霍普金森杆测试系统，其特征在于，所述横梁的上端面设置有多个杆件位置调整装置，多个所述杆件位置调整装置均匀分布于所述支撑座的两侧；每个杆件位置调整装置均包括方形支座，所述方形支座的底部与横梁的上端面固定连接，方形支座的顶部设置有呈中空圆柱结构的圆环连接件，所述圆环连接件用于供所述入射杆或透射杆穿过，圆环连接件的圆周外壁与方形支座的顶部固定连接，圆环连接件的圆周侧壁上环形均匀螺纹连接有3根调节螺栓。4.根据权利要求3所述的水
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力耦合霍普金森杆测试系统，其特征在于，所述挡环整体呈圆柱结构，挡环的一端端面中部设置有环形凸起，所述环形凸起设置在所述通孔，挡环上环形凸起所在的端面与所述挡板的内端面接触；挡环的另一端面上设置有凹陷圆形槽，所述入射杆的端部设置于所述凹陷圆形槽内。5.根据权利要求4所述的水
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力耦合霍普金森杆测试系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茹，任利，楼晨笛，王蒙，周磊，张泽天，肖坤，张安林，张朝鹏，艾婷，刘洋，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：