[發(fā)明專利]一種深部巖體爆炸地沖擊擾動模擬試驗方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610012866.3
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105527177B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王明洋;李杰;王源;黃建偉;隨亞光;王德榮;馬林建;邱艷宇;范鵬賢
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G01N3/307
• 分類號: G01N3/307
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安;杭清濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及深部巖體爆炸地沖擊擾動模擬試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種深部巖體爆炸地沖擊擾動模擬試驗方法及裝置。

背景技術(shù)

深部巖體存在于地下高地應(yīng)力環(huán)境中，其本身為高含能塊體。根據(jù)俄羅斯相關(guān)資料，地下爆炸對巖體介質(zhì)的作用影響能夠持續(xù)數(shù)小時，該作用影響主要依賴深部巖體自身儲存的能量。1989年4月16日俄羅斯基洛夫區(qū)“阿帕基特”礦山在地下252 m處實施230噸BB炸藥爆破，爆破在巷道中實施，持續(xù)時間為400~500 ms，誘發(fā)了4.8~5級地震，震中烈度6~7度，6 km外基洛夫城地震烈度4~5烈度，相應(yīng)的地震能量為1012焦耳，而爆炸能量僅為108~109焦耳，地下爆炸誘發(fā)的地震總能量遠遠大于爆炸總能量（高幾個數(shù)量級）。這表明巖體中儲存有大量的處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)的地質(zhì)構(gòu)造變形能，在地下爆炸影響下劇烈釋放。另一方面美國正研發(fā)鉆地爆炸物器，深部巖體在鉆地武器爆炸擾動中產(chǎn)生慢速“變位波”，易誘發(fā)工程性地震，我國地下防護工事將面臨嚴重威脅。因此深部巖體在爆炸沖擊擾動下的力學行為是迫切的研究需求。

對于深地下工程所研究的天然巖體而言，由于長期受各種自然造物因素的作用和影響，形成了極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，其在爆炸擾動作用下的變形破壞具有非協(xié)調(diào)非相容特性，物理過程復(fù)雜，影響因素眾多，目前在理論分析上還存在很大困難，數(shù)值模擬也難以準確進行。在滿足相似原理的條件下，模型試驗不僅可以在試驗室條件下再現(xiàn)工程中發(fā)生的現(xiàn)象，并且試驗過程中的主要因素能獨立控制，可以模擬不同的物理量組合情況，試驗成本低、周期短，是比較可行的方法。目前國內(nèi)外常采用化學爆炸的方式開展研究，但該方法危險性高，爆炸載荷波形難以精確控制，且可重復(fù)性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種深部巖體爆炸地沖擊擾動模擬試驗方法。該方法嚴格基于相似理論，采用液壓沖擊的方式產(chǎn)生模擬爆炸載荷，采用大體積柔性膠囊模擬施加高地應(yīng)力環(huán)境。

本發(fā)明的另一目的是提供一種深部巖體爆炸地沖擊擾動模擬試驗裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種深部巖體爆炸地沖擊擾動模擬試驗方法，采用柔性膠囊對深部巖體模擬材料試件模擬施加高地應(yīng)力環(huán)境，并采用液壓沖擊方式模擬施加于深部巖體模擬材料試件的爆炸地沖擊擾動。

本發(fā)明進一步的設(shè)計方案中，上述深部巖體模擬材料試件置于箱體中，各面覆蓋有柔性膠囊，所述深部巖體模擬材料試件上面的柔性膠囊上設(shè)置有液壓沖擊裝置，各面的柔性膠囊通過各自的注壓孔注入液體加壓，對深部巖體模擬材料試件模擬施加高地應(yīng)力環(huán)境。

本發(fā)明進一步的設(shè)計方案中，上述液壓沖擊裝置包括沖擊活塞、動壓腔、泄壓單元和傳壓板，所述傳壓板位于所述動壓腔和所述深部巖體模擬材料試件上面的柔性膠囊之間，所述沖擊活塞與泄壓單元與動壓腔連通，所述沖擊活塞連接有高壓射流發(fā)生裝置，高壓射流發(fā)生裝置產(chǎn)生的高壓射流沖擊沖擊活塞，壓縮所述動壓腔體積使動壓腔中的壓力上升，但載荷達到載荷峰值時，打開所述泄壓單元，使動壓腔中的壓力下降，從而產(chǎn)生類三角形載荷的模擬爆炸地沖擊擾動，所述模擬爆炸地沖擊擾動經(jīng)動壓腔-傳壓板-柔性膠囊的傳遞路徑進入所述深部巖體模擬材料試件。

本發(fā)明進一步的設(shè)計方案中，施加靜載時，為保證壓力平衡，動壓腔內(nèi)注入與膠囊相同壓力的液體。

本發(fā)明進一步的設(shè)計方案中，上述載荷峰值范圍為0~3MPa、壓力上升時間為2.5~10ms、下降時間為上升時間的2倍。

一種深部巖體爆炸地沖擊擾動模擬試驗裝置，包括容置深部巖體模擬材料試件的高強度剛性箱體，深部巖體模擬材料試件每個面與所述箱體之間都設(shè)有柔性膠囊，所述柔性膠囊設(shè)有注入液體加壓的注壓孔，頂面柔性膠囊上設(shè)有液壓沖擊裝置。

本發(fā)明進一步的設(shè)計方案中，上述液壓沖擊裝置包括沖擊活塞、動壓腔、泄壓單元和傳壓板，所述傳壓板位于所述動壓腔和所述深部巖體模擬材料試件上面的柔性膠囊之間，所述沖擊活塞與泄壓單元與動壓腔連通，所述沖擊活塞連接有高壓射流發(fā)生裝置，動壓腔也設(shè)有液體加壓的注壓孔。

本發(fā)明具有以下突出的有益效果：

本發(fā)明的液壓沖擊方法替代化學爆炸，安全性高，模擬載荷波形精確可控，且重復(fù)性強。柔性膠囊加載替代傳的統(tǒng)液壓油缸加載方式，其外部附屬設(shè)備少，加載面均勻度高，有利于爆炸載荷的接入與傳遞。

附圖說明

圖1是深部巖體爆炸地沖擊擾動模擬試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是深部巖體爆炸地沖擊擾動模擬試驗裝置中沖擊活塞的結(jié)構(gòu)示意圖。