【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种围压加载式侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，属于岩土环境模拟体装置。
技术介绍
1、深厚覆盖层的地质复杂性是水电大坝工程亟需解决的重大难题。考虑到潜蚀现象在深厚覆盖层中尤为显著，地下水流动引发的土壤侵蚀使得地层结构不断改变和演化。潜蚀不仅削弱了地层的稳定性，还可能导致地表塌陷和其他次生地质灾害。对于地震多发带，频繁的地震活动给本已脆弱的地质环境带来了更大的不确定性和破坏力。地震动荷载与潜蚀的共同作用形成了一个复杂而危险的地质动态系统，对区域的安全和稳定构成了严重威胁。
2、分离式霍普金森杆是研究中高应变率下材料动力学特性最为常用的室内试验设备。当前研究仅仅初步探索了岩土颗粒在侵蚀-动力耦合作用下的力学特性。但事实上深厚覆盖层区域的岩土颗粒通常处于高围压应力条件下，而围压应力是影响岩土颗粒力学性质的一个非常重要的因素。先有技术尚未实现岩土可以在霍普金森操作平台进行原位侵蚀的同时自主改变围压应力。因此，如何在岩土颗粒外部加装一个数控围压加载装置非常具有意义。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题：现有技术中分离式霍普金森杆的环境模拟体装置无法实现变围压下原位渗流-侵蚀耦合动力加载，不能模拟出作用于深厚覆盖层内高围压赋存环境下渗流潜蚀区岩土颗粒的真实赋存环境，以进行渗流-侵蚀耦合作用下的岩土颗粒的动力学性能测试。
2、为解决上技术问题，本专利技术提供一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，包括：
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4、分离式霍普金森杆与变围压式原位渗流侵蚀装置连接，用于提供动态加载测试条件，所述变围压式原位渗流侵蚀装置包括：
5、两端具有开口的左承压套、围压加载装置、右承压套，所述围压加载装置包括中承压套，在中承压套的外围设置有围压室；所述围压室与中承压套之间设置有空腔；在左承压套与中承压套之间加装可伸缩式左止水橡胶；
6、在中承压套与右承压套之间加装右止水橡胶；
7、所述左承压套在靠近左止水橡胶一侧设置有凸缘，右承压套在靠近右止水橡胶一侧设置有凸缘；左承压套的凸缘、左止水橡胶、右止水橡胶、右承压套的凸缘通过弹簧按压式钢杆进行贴合固定。
8、前述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，围压室包括对称设置的两瓣，两瓣之间的缝隙处放置有止水橡胶，用于密封止水，由螺丝将两瓣固定；围压室与中承压套利用螺丝进行固定。
9、前述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，在左承压套的凸缘、左止水橡胶、右止水橡胶、右承压套的凸缘的对应位置、沿圆周方向设置有多个滑动孔，在滑动孔内安装弹簧按压式钢杆。
10、前述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，所述左承压套的凸缘、右承压套的凸缘上的滑动孔包括沿径向设置的外孔和内孔,所述外孔和内孔相连通；
11、所述弹簧按压式钢杆包括杆部，所述杆部为多孔镂空式钢杆，在杆部两侧分别依连接有弹簧组件、端头,弹簧组件靠近杆部一侧端部设置有活动卡扣，活动卡扣弹起时可伸入杆部的某一开孔中，活动卡扣缩回时，使活动卡扣进入杆部内部，并在弹簧组件的作用力下移动。
12、前述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，所述左止水橡胶、右止水橡胶均包括四片或六片扇形，在向轴心移动过程中逐渐贴合成一个圆形。
13、前述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，在左承压套内部、靠近左止水橡胶处设置有左金属垫片，并用螺栓将左金属垫片1与中承压套固定；左金属垫片一端伸入左承压套内部，另一端伸入中承压套内部；
14、在右承压套内部、靠近右止水橡胶处设置有金属垫片，并以螺栓将右金属垫片与中承压套固定。左金属垫片一端伸入右承压套内部，另一端伸入中承压套内部。
15、前述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，所述分离式霍普金森杆采用一维霍普金森杆，包括入射杆和透射杆，所述入射杆和透射杆分别插入左承压套、右承压套外侧的内部，入射杆与左金属垫片贴合，透射杆与右金属垫片贴合。
16、一种变围压式岩土颗粒原位渗流侵蚀测试方法，包括以下步骤:
17、步骤1：在制样时，将原预计侵蚀的部分岩土细颗粒用相同粒径大小的可溶性无机盐代替，将岩土颗粒与无机盐进行混合，制成与原本粗细岩土颗粒混合的试样初始物理性质相同的试样；
18、步骤2：将分离式霍普金森杆与岩土颗粒原位渗流侵蚀装置进行装配：
19、将两瓣组合式围压室缝隙处放置止水橡胶进行密封止水，并用螺丝进行贴合固定；将两瓣组合式围压室与中承压套用螺丝进行固定；通过弹簧按压式钢杆穿过滑动孔的外孔将左承压套、中承压套、右承压套、左止水橡胶以及右止水橡胶连接，先将左金属垫片用螺栓与中承压套固定，填充试验岩土颗粒，再将右金属垫片用螺栓与中承压套固定；
20、将入射杆穿过位于左承压套内部的圆形通道与左金属垫片贴合，将透射杆穿过位于右承压套内部的圆形通道与右金属垫片贴合；
21、将左承压套的凸缘、左止水橡胶、右止水橡胶、右承压套的凸缘通过弹簧按压式钢杆进行贴合固定；
22、步骤3：采用透水滤片固定装置将中承压套与进水管道、出水管道连接固定，其中，透水滤片固定螺栓将透水滤片固定，进出水通道固定螺栓将进水通道、出水通道固定，采用数控气泵加压装置将上流水箱中的水通过进水通道引入原位渗流侵蚀装置；同时采用数控液压加载系统通过将液压电机启动推进，将液压舱内的液体通过通道注入两瓣组合式围压室内，并通过压力传感器反馈到连接电脑上，当围压数值达到预设数值时关闭阀门以保持整个试验过程中的围压数值恒定；
23、步骤4：渗流侵蚀模拟方式为：在渗流水注入试验样品岩土颗粒的过程中，可溶性无机盐溶解，并随着渗流的方向，经过出水通道流出并进入下游水砂收集箱，无机盐溶解后，试验样品岩土颗粒内部组构发生变化，即完成原位渗流侵蚀的模拟过程；
24、步骤5：渗流侵蚀过程完成后，关闭进水阀门，拆下弹簧按压式钢杆，带动左止水橡胶、右止水橡胶剥离左金属垫片、右金属垫片,使左金属垫片、右金属垫片能够在中承压套内无阻力滑动，随后进行动力冲击试验，测定渗流侵蚀岩土颗粒的动力学参数。
25、前述的一种变围压式岩土颗粒原位渗流侵蚀测试方法，在步骤２中，先将弹簧按压式钢杆从滑动孔的外孔滑动到内孔，此过程中各承压套装置均不发生移动，左止水橡胶、右止水橡胶随着弹簧按压式钢杆一起径向移动直至与左金属垫片、右金属垫片紧密贴合，使左止水橡胶、右止水橡胶与弹簧按压式钢杆一起径向滑动并紧密贴合左金属垫片、右金属垫片的表面，从而起到止水的作用，通过按压弹簧按压式钢杆内部的弹簧组件使杆部长度缩小并控制端头卡进滑动孔的内孔，从而将左承压套、右承压套、左止水橡胶、右止水橡胶与左金属垫片、右金属垫片固定。...
【技术保护点】
1.一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，包括变围压式岩土颗粒原位渗流侵蚀装置；
2.根据权利要求1所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，围压室(407)包括对称设置的两瓣，两瓣之间的缝隙处(404)放置有止水橡胶(403)，用于密封止水，由螺丝(401)将两瓣固定；围压室(407)与中承压套(405)利用螺丝(402)进行固定。
3.根据权利要求1所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，在左承压套(3)的凸缘、左止水橡胶(6)、右止水橡胶(7)、右承压套(5)的凸缘的对应位置、沿圆周方向设置有多个滑动孔，在滑动孔内安装弹簧按压式钢杆(8)。
4.根据权利要求3所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，所述左承压套(3)的凸缘、右承压套(5)的凸缘上的滑动孔包括沿径向设置的外孔(2101)和内孔(2102),所述外孔(2101)和内孔(2102)相连通；
5.根据权利要求1所述的一种变围
6.根据权利要求1所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，在左承压套(3)内部、靠近左止水橡胶(6)处设置有左金属垫片(1)，并用螺栓(406)将左金属垫片(1)与中承压套(405)固定；左金属垫片(1)一端伸入左承压套(3)内部，另一端伸入中承压套(405)内部；
7.根据权利要求1所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，所述分离式霍普金森杆采用一维霍普金森杆，包括入射杆(9)和透射杆(10)，所述入射杆(9)和透射杆(10)分别插入左承压套(3)、右承压套(5)外侧的内部，入射杆(9)与左金属垫片(1)贴合，透射杆(10)与右金属垫片(2)贴合。
8.一种变围压式岩土颗粒原位渗流侵蚀测试方法，其特征在于，包括以下步骤:
9.根据权利要求8所述的一种变围压式岩土颗粒原位渗流侵蚀测试方法，其特征在于，在步骤２中，先将弹簧按压式钢杆(8)从滑动孔(21)的外孔(2101)滑动到内孔(2102)，此过程中各承压套装置均不发生移动，左止水橡胶(6)、右止水橡胶(7)随着弹簧按压式钢杆(8)一起径向移动直至与左金属垫片(1)、右金属垫片(2)紧密贴合，使左止水橡胶(6)、右止水橡胶(7)与弹簧按压式钢杆(8)一起径向滑动并紧密贴合左金属垫片(1)、右金属垫片(2)的表面，从而起到止水的作用，通过按压弹簧按压式钢杆(8)内部的弹簧组件(801)使杆部(803)长度缩小并控制端头(802)卡进滑动孔(21)的内孔(2102)，从而将左承压套(3)、右承压套(5)、左止水橡胶(6)、右止水橡胶(7)与左金属垫片(1)、右金属垫片(2)固定。
10.根据权利要求9所述的一种变围压式岩土颗粒原位渗流侵蚀测试方法，其特征在于，在步骤５中，拆下弹簧按压式钢杆(8)的过程为：通过按压弹簧按压式钢杆中的弹簧组件(801)将按压式钢杆端头(802)弹开，并将弹簧按压式钢杆(8)从滑动孔(21)的内孔(2101)滑动到外孔(2102)，并再次按压弹簧组件(801)，将按压式钢杆端头(802)卡进外孔(2102)。
...【技术特征摘要】
1.一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，包括变围压式岩土颗粒原位渗流侵蚀装置；
2.根据权利要求1所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，围压室(407)包括对称设置的两瓣，两瓣之间的缝隙处(404)放置有止水橡胶(403)，用于密封止水，由螺丝(401)将两瓣固定；围压室(407)与中承压套(405)利用螺丝(402)进行固定。
3.根据权利要求1所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，在左承压套(3)的凸缘、左止水橡胶(6)、右止水橡胶(7)、右承压套(5)的凸缘的对应位置、沿圆周方向设置有多个滑动孔，在滑动孔内安装弹簧按压式钢杆(8)。
4.根据权利要求3所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，所述左承压套(3)的凸缘、右承压套(5)的凸缘上的滑动孔包括沿径向设置的外孔(2101)和内孔(2102),所述外孔(2101)和内孔(2102)相连通；
5.根据权利要求1所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，所述左止水橡胶(6)、右止水橡胶(7)均包括四片或六片扇形，在向轴心移动过程中逐渐贴合成一个圆形。
6.根据权利要求1所述的一种变围压式岩土颗粒侵蚀-动力耦合分离式霍普金森杆测试系统，其特征在于，在左承压套(3)内部、靠近左止水橡胶(6)处设置有左金属垫片(1)，并用螺栓(406)将左金属垫片(1)与中承压套(405)固定；左金属垫片(1)一端伸入左承压套(3)内部，另一端伸入中承压套(405)内部；
7.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋晟，王媛，万昱，焦世林，陈斌，李昌坤，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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