一种可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载方法与流程

1.本发明涉及工程岩体技术领域，尤其是一种可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载方法。


背景技术：

2.岩体巷道的施工多以爆破开挖为主，常规岩质巷道的掘进及支护多为复杂地应力下的深地环境。鉴于深地复杂地应力环境下的爆破施工需要科学研究的理论支撑，同时综合考虑深地科学原位实验的高难度性，因此开展最大程度上还原地应力的实验室科学研究是十分必要的。由于受物理实验试件尺寸所限，其边缘将不可避免的形成反射拉伸波，本发明专利采用了圆形试件，因动载下圆形试件边缘可形成均匀反射拉伸波，故可消除因反射拉伸波的不均衡对实验效果精准性的影响。由于爆炸荷载的高应力、高加载率特性，在上述荷载下小尺度试件将呈现粉碎破断状态，无法准确获取反映工程现场的研究结果，故需采用大尺度试件开展实验研究。当前，静载下标准件围压加载技术较为成熟，而大尺度圆形试件在深地巷道围岩复杂应力下的动载损伤破坏研究相对较少。有关深地科学围压动载下岩体的动态损伤破断特性研究，一直困扰着相关领域科研人员，而无法得到有效解决。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对上述问题，提供一种可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载方法。为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：
4.一种可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载方法，包括圆形试件围压加载系统和实验动力系统，所述实验动力系统包括发爆器、雷管和试件，所述试件经过加工形成圆形试件，所述雷管设置在试件中部，所述发爆器与雷管连接并用于引爆雷管；所述圆形试件围压加载系统包括橡胶液压囊、刚性金属槽、液压油接头、压力表和电液伺服液压系统，所述橡胶液压囊设置在刚性金属槽内，所述刚性金属槽呈圆环形并环绕圆形的试件，所述液压油接头设置在刚性金属槽上并与橡胶液压囊连通，所述液压油接头与电液伺服液压系统通过液压管连接，所述压力表设置在电液伺服液压系统中，所述压力表用于检测加载围压值；
5.进一步的，所述试件上刚性金属槽为简化的线条网格。
6.进一步的，所述雷管包含药卷。
7.进一步的，所述加载装置的实验方法如下：(1)通过巷道围岩打钻技术获取原位岩芯，基于所获取岩芯对巷道围岩力学参数进行实验室测定；
8.(2)采用孔壁应力解除法对巷道围岩进行地应力测试，获得巷道周围的原始地应力值及其分布情况；
9.(3)基于靶向所获取巷道围岩力学参数，选取原位岩体或类岩石材料，并将其加工成圆形试件；
10.(4)准备橡胶液压囊、刚性金属槽、液压油接头和电液伺服液压系统，同时将其进
行有序组装，进而组成圆形试件围压加载系统；将发爆器、雷管和试件进行有序组装，进而形成实验动力系统；围压加载系统和实验动力系统二者共同构建了可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载方法；
11.(5)通过电液伺服液压系统对试件给定一稳定均匀加载围压值 s mpa，同时要求此加载围压恒定一段时间；
12.(6)启动发爆器引发雷管，对试件施加一瞬态脉冲爆轰加载应力；
13.(7)炮孔附近指数衰减后的应力波在试件内传播时，将引起试件的宏观、细观及微观损伤破断；
14.(8)当造成试件损伤破断的应力波传播至试件边缘位置时，将形成反射波和透射波，在透射波的作用下将引起橡胶液压囊压力的瞬态增加，大于给定围压s mpa，此时伺服阀开启并进行泄压；
15.(9)通过在试件1上粘贴应变片、cpg(裂纹扩展计)、试件 ct扫描、试件断口电镜扫描等技术手段，即可完成特定均匀围压下大尺度圆形试件的动态损伤破断研究。
16.本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：(1) 本发明通过大尺度圆形试件围压加载系统和实验动力系统的协同作用，成功实现了物理实验条件下，大尺度圆形试件在均匀围压动载下岩体的瞬态损伤破断特性研究；(2)本发明基于压力表对不同围压加载应力进行调控，并通过发爆器引爆雷管，进而实现大尺度圆形试件均布围压下的动力学实验，此技术方法的应用，可克服实验室条件下因圆形试件围压分布不均衡而影响实验精度这一技术难题。
附图说明
17.图1为本发明中可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载方法的结构示意图；
18.图2为图1中a处的放大图；
19.图3为图1中b处的放大图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
22.本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可
以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.如图1-3所示，本发明中的一种可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载装置包括圆形试件围压加载系统和实验动力系统，所述实验动力系统包括发爆器7、雷管2和试件1，所述试件1 经过加工形成圆形试件，所述雷管2设置在试件1中部，所述发爆器7与雷管2连接并用于引爆雷管2；所述圆形试件围压加载系统包括橡胶液压囊3、刚性金属槽4、液压油接头5、压力表6和电液伺服液压系统8，所述橡胶液压囊3设置在刚性金属槽4内，所述刚性金属槽4呈圆环形并环绕圆形的试件1，所述液压油接头5设置在刚性金属槽4上并与橡胶液压囊3连通，所述液压油接头5与电液伺服液压系统8通过液压管连接，所述压力表6设置在电液伺服液压系统8中，所述压力表6用于检测加载围压值；
24.为便于观测，可以将试件1上刚性金属槽4简化为线条网格所述雷管2包含药卷。
25.本发明中的装置用于实现一种可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载方法，所述方法包括以下步骤：
26.(1)通过巷道围岩打钻技术获取原位岩芯，基于所获取岩芯对巷道围岩力学参数进行实验室测定；
27.(2)采用孔壁应力解除法对巷道围岩进行地应力测试，获得巷道周围的原始地应力值及其分布情况；
28.(3)基于靶向所获取巷道围岩力学参数，选取原位岩体或类岩石材料，并将其加工成圆形试件1；
29.(4)准备橡胶液压囊3、刚性金属槽4、液压油接头5和电液伺服液压系统8，同时将其进行有序组装，进而组成圆形试件围压加载系统；将发爆器7、雷管2(包含药卷)和试件1进行有序组装，进而形成实验动力系统；围压加载系统和实验动力系统二者共同构建了可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载装置，如图1 所示；
30.(5)通过电液伺服液压系统8对试件1给定一稳定均匀加载围压值s mpa，同时要求此加载围压恒定一段时间。
31.(6)启动发爆器7引发雷管2，对试件1施加一瞬态脉冲爆轰加载应力。
32.(7)炮孔附近指数衰减后的应力波在试件1内传播时，将引起试件的宏观、细观及微观损伤破断。
33.(8)当造成试件损伤破断的应力波传播至试件边缘位置时，将形成反射波和透射波，在透射波的作用下将引起橡胶液压囊3压力的瞬态增加，大于给定围压s mpa，此时伺服阀开启并进行泄压。
34.(9)通过在试件1上粘贴应变片、cpg(裂纹扩展计)、试件 ct扫描、试件断口电镜扫描等技术手段，即可完成特定均匀围压下大尺度圆形试件的动态损伤破断研究。
35.本发明专利公开了一种可实现爆炸动载下大尺度圆形试件均匀围压加载的技术方法。常规巷道掘进工作多为复杂地应力环境下的深部岩体爆破工程，为更好地获取复杂地应力下爆破岩体损伤破断特性，需消除应力波在试件周围所产生的非均匀拉伸现象，故实验多采用大尺度圆形试件，深地环境将涉及复杂围压应力，而圆形试件围压加载的均布状态将对实验结果将产生很大影响。本专利主要由橡胶液压囊3、刚性金属槽4(为便于观测，将试件1上刚性金属槽简化为线条网格)、液压油接头5和电液伺服液压系统8组成圆形
试件围压加载系统。基于压力表6对不同围压加载应力进行调控，并通过发爆器7引爆雷管2(包含药卷)，进而实现大尺度圆形试件均布围压下的动力学实验。此技术方法的应用，可克服实验室条件下因圆形试件围压分布不均衡而影响实验精度这一技术难题
36.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各块技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
37.以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。