本发明专利技术提供了一种霍普金森压杆围压缝隙水压加载与动态水压测量系统及试验方法。该系统包括围压缸体(1)、衬套(2)、围压控制管路、缝隙水压控制管路、动态水压测量管路、霍普金森压杆；围压缸体(1)包裹衬套(2)；衬套(2)在使用状态下包裹试件；衬套(2)的中心处设有试件腔；衬套(2)的内部设有围压腔(33)；围压控制管路的油管(31)与围压腔(33)连通；在使用状态下，缝隙水压控制管路的水管(41)与试件内部的充水裂隙(44)连通；动态水压测量管路的动态水压探针(51)在使用状态下与试件内部预埋的探针细管连接。本发明专利技术还提供了基于上述系统的试验方法。
1、岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律所组合成的集合体。不同的岩石由于其成分、结构与构造不同，在力学特性上呈现出很大的差异性。目前，在一些工程实践中岩体会受到冲击荷载的扰动，如地下硐室的钻爆开挖、隧道掌子面的爆破施工以及机械开挖扰动都会给岩体施加动荷载。在冲击荷载下岩石内部的微裂隙会不断增多、扩展，进而相互贯通，形成宏观裂纹。因此，研究岩石在冲击荷载下的动态力学特性对于工程实践具有重要意义。
2、在岩石的动力学性质的试验中，多采用分离式霍普金森压杆试验装置(shpb)来研究岩石试样处于应变率处于101-104s-1范围内的响应特征。霍普金森杆是一种研究一维应力状态下材料动态力学性能的有效实验装置。该装置通过应力波的匀速传送对试样进行冲击，测试试样在受到动态冲击波冲击应力时的应变情况，并根据实验参数计算相应的应变率、应力、应变能、入射能、透射能、反射能、质点冲击速度和高g值等参数。随着研究的深入和霍普金森压杆装置的赶紧，在原有只能模拟以为应力波冲击的基础上，又增加了诸如三轴围压装置、高位加热装置、高速摄像装置等附加装置用以模拟更多的试验工况和获取更多种类的数据。
3、但是，现有附加装置存在一定缺点和不足，具体表现为：装置加载方式单一，不能同时加载围压、冲击压力和缝隙水压力，也不能实时测量冲击过程中缝隙水压力的变化，导致试验过程不能模拟静压力、冲击荷载同时作用在含水缝隙围岩结构的情况。
/>技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种岩石试样的测试系统及方法，采用该系统能够实现加载围压、冲击压力和缝隙水压力，实施测量冲击过程中缝隙水压力的变化情况。
2、为达到上述目的，本专利技术提供了一种霍普金森压杆围压缝隙水压加载与动态水压测量系统，其中，该系统包括围压缸体、衬套、围压控制管路、缝隙水压控制管路、动态水压测量管路、霍普金森压杆；其中：
3、所述围压缸体包裹所述衬套；
4、所述衬套为圆环柱体形状，在使用状态下，所述衬套包裹试件；
5、所述衬套的中心处设有试件腔，所述试件腔用于容纳试件；
6、所述衬套的内部设有围压腔，用于承装提供围压的液压油；
7、所述围压控制管路包括油管，该油管穿过所述围压缸体、所述衬套并与所述围压腔连通；
8、所述缝隙水压控制管路包括水管，该水管穿过所述围压缸体、所述衬套，在使用状态下，该水管与试件内部的充水裂隙连通，用于注入缝隙水；
9、所述动态水压测量管路包括动态水压探针，该动态水压探针穿过所述围压缸体进入所述试件腔，在使用状态下，该动态水压探针与试件内部预埋的探针细管连接，二者可以通过螺纹连接的方式进行连接。
10、在上述系统中，优选地，所述围压缸体大致为圆柱形，包裹于衬套的外部。围压缸体中心上设置有中空的圆形开口，用于放置岩石试件以及霍普金森设备的冲击杆。
11、在上述系统中，优选地，围压缸体的圆柱形侧面设有一个油压控制管路开口，围压控制管路的油管可以通过该开口连接到衬套内的围压腔。围压缸体的圆柱形侧壁还可以设有一个径向开口，用以插入水压控制管路的水管和动态水压探针。
12、在上述系统中，优选地，所述围压控制管路还包括设于所述油管上的油压阀、第一压力表、油压泵。围压控制管理用于提供包裹岩石试件的围压。油压泵用于泵送液压油，第一压力表用于显示液压油的压力，油压阀用于控制液压油的进出，以及保持压力值。
13、在上述系统中，优选地，所述缝隙水压控制管路还包括水管阀门、单向阀、第二压力表和水压泵；其中，所述水管阀门和水压泵设于所述水管之上；所述单向阀设于埋设于试件的充水裂隙内部，在使用状态下，所述水管的末端与所述单向阀连接。水管与单向阀可以采用螺纹连接的方式进行连接。所述缝隙水压控制管路用来提供试件内部的缝隙水压力，其中，水压泵用于泵送水，通过水管送入岩石试件内部的缝隙内；第二压力表用以显示水压力大小，水管阀门用来控制水的进出以及保持水压力。
14、在上述系统中，优选地，该系统还包括动态水压采集器和数据分析装置，所述动态水压探针与所述动态水压采集器连接，所述动态水压采集器通过线缆与所述数据分析装置连接。动态水压探针通过围压缸体的侧壁开口及衬套侧壁的开口插入岩石试件内部，水压探针的末端设有动态水压传感器用来测量冲击过程中水压力的变化。水压探针收集的水压信号传入动态水压采集器、数据分析装置，经过处理后的数据用于后续的科学分析。
15、在上述系统中，优选地，除了用来连接管道的开口外，所述衬套为整体密封结构，衬套内的围压油腔用来储存液压油，并包裹岩石试件，以提供围压。本专利技术所采用的衬套可以是橡胶材质的。
16、在上述系统中，优选地，所述霍普金森压杆包括入射杆和透射杆，在使用状态下，所述入射杆和所述透射杆分别设于试样的两端。
17、在上述系统中，优选地，该系统还包括霍普金森实验装置；
18、优选地，所述霍普金森实验装置包括子弹仓、平行光源、入射杆、透射杆、第一应变片、第二应变片、吸收杆、阻尼器、测速器、超动态应变仪、数据记录与处理系统；
19、所述平行光源设于所述子弹仓的出口与入射杆的输入端之间，并且，所述平行光源与所述测速器连接；
20、所述透射杆未与试样接触的一端与所述吸收杆连接，所述吸收杆未与所述透射杆连接的一端设有所述阻尼器；
21、所述第一应变片设于所述入射杆的表面，所述第二应变片设于所述透射杆的表面，并且，所述第一应变片、第二应变片分别与所述超动态应变仪连接，所述超动态应变仪与所述数据记录与处理系统连接；
22、所述子弹仓用于容纳子弹。
23、本专利技术所提供的霍普金森压杆围压缝隙水压加载与动态水压测量系统可以同时加载围压、冲击压力、缝隙水压力，并且可以实时测量缝隙水压力的霍普金森试验的附加装置，以实现模拟多种静压力-冲击压力-水压力同时存在情况的岩石破坏试验。
24、本专利技术还提供了一种霍普金森压杆围压缝隙水压加载与动态水压测量试验方法，其中，该方法是采用上述系统进行的，该方法包括以下步骤：
25、将岩石试件置于所述试件腔中，将所述岩石试件中预制的充水裂隙的开口对准缸体侧壁开口；
26、将水管与充水裂隙连通；
27、将所述动态水压探针与所述岩石试件内部预埋的探针细管连接；
28、将霍普金森压杆插入所述试件腔并与所述岩石试件充分接触；
29、通过围压控制管路向衬套中注入液压油，当达到预定压力后，停止注入；
30、通过水压控制管路向所述岩石试件的充水裂隙中注入水，当达到预定压力后，停止注入；
31、开启霍普金森压杆实验装置，当产生的应力波通过所述岩石试件时，对所述岩石试件内部的裂隙有挤压作用，裂隙中的水的压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种霍普金森压杆围压缝隙水压加载与动态水压测量系统，其特征在于，该系统包括围压缸体(1)、衬套(2)、围压控制管路、缝隙水压控制管路、动态水压测量管路、霍普金森压杆；其中：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述围压控制管路还包括设于所述油管(31)上的油压阀(32)、第一压力表、油压泵。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述缝隙水压控制管路还包括水管阀门(42)、单向阀(43)、第二压力表和水压泵；其中，所述水管阀门(42)和水压泵设于所述水管(41)之上；所述单向阀(43)埋设于试件的充水裂隙(44)内部，在使用状态下，所述水管(41)的末端与所述单向阀(43)连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括动态水压采集器(52)和数据分析装置(54)，所述动态水压探针(51)与所述动态水压采集器(52)连接，所述动态水压采集器(52)通过线缆(53)与所述数据分析装置(54)连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述衬套(2)为整体密封结构。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述霍普金森压杆包括入射杆(61)和透射杆(62)，在使用状态下，所述入射杆(61)和所述透射杆(62)分别设于试样的两端。
7.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括霍普金森实验装置；
8.一种霍普金森压杆围压缝隙水压加载与动态水压测量试验方法，其特征在于，该方法是采用权利要求1-7任一项所述的系统进行的，该方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述动态水压探针(51)获得的压力值通过所述动态水压采集器(52)传输到数据分析装置(54)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
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【技术特征摘要】
1.一种霍普金森压杆围压缝隙水压加载与动态水压测量系统，其特征在于，该系统包括围压缸体(1)、衬套(2)、围压控制管路、缝隙水压控制管路、动态水压测量管路、霍普金森压杆；其中：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述围压控制管路还包括设于所述油管(31)上的油压阀(32)、第一压力表、油压泵。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述缝隙水压控制管路还包括水管阀门(42)、单向阀(43)、第二压力表和水压泵；其中，所述水管阀门(42)和水压泵设于所述水管(41)之上；所述单向阀(43)埋设于试件的充水裂隙(44)内部，在使用状态下，所述水管(41)的末端与所述单向阀(43)连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括动态水压采集器(52)和数据分析装置(54)，所述动态水压探针(51)与所述动态水压采集器(52)连接，所述动态水压...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡楠，刘晓丽，封志国，宋丹青，陈冠甫，王玉凯，姚文理，谢维强，李博威，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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