[發明專利]一種用于模擬深部巖石爆破致裂的光測力學實驗裝置

無效

• 申請號: 201110366318.8
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102539650A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 楊立云;楊仁樹;許鵬;郭東明
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光測力學實驗裝置，尤其涉及一種對深部巖石爆破致裂進行物理模擬實驗的光測力學實驗裝置。

背景技術

巖體是長期地質年代的產物，在天然狀態下存在自重應力和構造應力等初始應力，所以巖體受到的任何動載作用都是在一定靜態應力場存在之上的作用。巖體在動態載荷作用下的動態斷裂過程與靜態應力場具有相關性。比如在深部礦井中爆破施工掘進巷道，高地壓產生的初始靜態應力場就會對爆炸載荷下巖石的斷裂現象和爆生裂紋的傳播規律產生巨大影響，其初始靜態應力場效應將不能忽略。

目前，在物理爆破模型試驗中，模型的邊界條件大多是自由邊界條件，這對于研究高圍壓下巖體的爆破理論具有一定的局限性，尤其是在采用爆炸加載裝置和光測力學實驗方法(如動光彈、動焦散等)進行爆破斷裂現象和機理的研究中，采用二維平面模型試件，試件四周無約束，無法真實再現深部巖體即高地應力下巖石的爆炸致裂規律和機理，對爆炸動態應力場中裂紋的擴展規律不能進行科學、全面的分析和研究。

為達到真實模擬地質結構，將初始靜態應力場效應充分考慮到模擬試驗條件中，準確再現巖體在動態載荷下的致裂過程，特發明了本實驗裝置。

發明內容

鑒于上述現有實驗裝置的不足，本發明的目的在于針對深部巖石的爆炸致裂問題，提供一種與光測力學相結合的可模擬深部地應力和爆炸載荷的實驗裝置。

一種用于模擬深部巖石爆破致裂的光測力學實驗裝置，包括一個可沿著水平和豎直方向進行試件應力加載的靜態加載系統，以及用于產生動態載荷的爆炸加載裝置；所述靜態加載系統包括一個豎直放置的底板，在底板一側沿上、下、左、右四個方向分布的四塊推板，以及分別為上、左、右三個方向推板提供壓力的供壓系統；所述底板中部開有通孔，上、左、右三個方向的推板底部活動連接在底板上，下部方向的推板固定在底板上，試件固定在四塊推板之間；所述爆炸加載裝置的加載端通過底板上的通孔從兩側對應加載在試件中部的炮孔上，爆炸加載裝置的另一端固定在下部方向的推板上。

所述供壓系統包括三個氣缸、壓力表、閥門和空氣壓縮機，三個氣缸并聯連接，三個氣缸的缸桿對應連接在上、左、右三個方向的推板上；壓力表和閥門串聯在空氣壓縮機與并聯氣缸之間的連接管路上。

所述三個氣缸的并聯支路上還分別連接有分控閥門和分控壓力表。

所述推板與試件接觸的表面設有凹槽，試件邊部卡在凹槽中。

所述推板與試件接觸的表面外側設有卡棱，卡棱與試件外表面相接觸，試件內表面緊貼在底板上。

所述上、左、右方向的推板體上沿著移動方向還設有通槽，通槽中插有螺栓，螺栓連接在底板和推板之間。

本發明所述的用于深部巖石爆炸致裂的光測力學實驗裝置的優點在于：(1)采用該實驗裝置后，可以改變平面模型試件的邊界條件，對試件施加圍壓，實現了深部巖體地應力場的模擬；(2)對試件四周圍壓加載過程可進行調控，可以改變水平和縱向各個方向的壓力值，適用于多種地應力場的模擬；(3)采用卡棱或凹槽對試件進行卡持，保證了卡持的可靠性和靈活性，同時，還可使爆炸載荷在試件平面內產生動態應力場，實現深部巖石爆炸致裂過程的真實再現。(4)該裝置特別適用于光測力學實驗中的動焦散和動光彈等實驗，為研究深部巖體爆炸致裂的規律和機理提供了可靠的實驗設備；(5)整個實驗裝置結構簡單、操作方便，易于實現和維護。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為圖1的A-A向剖視圖。

具體實施方式

本發明的中心是：以實驗的方式對試件施加圍壓，模擬深部巖石中的地應力，在試件模型中產生初始靜態應力場，然后通過爆炸實驗，并采用光測力學方法對爆炸致裂過程進行觀測，以達到研究深部即高地壓下巖體的爆破斷裂現象和機理，為地質挖掘和爆破過程提供科學依據。

下面結合附圖1、圖2對本發明作進一步的詳細描述：

一種用于模擬深部巖石爆破致裂的光測力學實驗裝置，主要包括兩部分：一部分為一個可沿著水平和豎直方向進行試件應力加載的靜態加載系統；另一部分為用于產生動態載荷的爆炸加載裝置10。靜態加載系統用于模擬深部巖石的地應力現象，形成試件的初始靜態應力場。爆炸加載裝置10用于試件11爆炸實驗的加載和控制，使試件11產生爆炸致裂過程，以實現對致裂過程的觀測和研究。