[發明專利]測試軸向近似梯度靜應力下應力波傳播規律的方法及裝置

有效

• 申請號: 201610073912.0
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105737970B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 金解放;常軍然;袁偉;程昀;昌曉旭;何聰;陳偉
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 贛州凌云專利事務所 36116
• 代理人: 曾上

本發明涉及應力波傳播規律的測試技術，特別是一種測試軸向近似梯度靜應力下應力波傳播規律的方法及裝置。本發明提出了近似梯度靜應力加載方法，設計了對固體材料施加梯度靜荷載的裝置，該裝置可以得到不同大小和形式的靜應力梯度形式，如一次函數式梯度靜應力、二次函數式梯度靜應力，進而借助于應力波測試設備實現了近似梯度靜應力下應力波傳播規律的測試。與現有技術相比，無論從與實際工程應力環境的仿真度，還是動力擾動的形式上，都有較大的提升，能夠為工程實踐提供更加準確的理論指導。

技術領域

本發明涉及測試軸向近似梯度靜應力下應力波傳播規律的方法及裝置。

背景技術

近年來，由于地震自然災害的頻繁發生、爆破拆除大型建(構)筑物和各類巖土體工程爆破開挖導致圍巖穩定性研究的需要，應力波在各類巖土體或混凝土介質中的傳播特性一直是研究的熱點領域之一。研究應力波在巖土體中的傳播特性，對地下巖土體工作面超前應力探測、圍巖體在動載荷作用下的穩定性分析、地球物理和資源勘探、地震預報以及改善巖土體爆破效果等都具有重要的理論和實用價值。

目前對應力波在巖石(體)中的傳播衰減研究，主要集中在巖體孔隙、不同巖性、不同尺度的節理以及巖體的多相性對應力波傳播衰減的影響。然而，隨著各類工程建設的開展，越來越多的工程結構(或介質)是在一定的梯度靜應力下承受動力擾動，在承受動載荷之前構件不同橫截面上的靜應力大小不相等，其大小沿構件的軸向具有一定的變化，即所謂的梯度應力。比如框架結構高層建筑的混凝土柱，若其橫截面面積相同，其承受的軸力從上往下逐漸增大，導致其橫截面上的軸向壓應力也逐漸增大，呈梯度應力狀態。地下工程巖體(特別是深部工程巖體)開挖時，圍巖體承受的靜應力也屬于梯度應力狀態，這主要有以下兩方面引起的：一是原巖應力大小本身隨空間的變化而變化，在僅考慮自重應力時，原巖應力大小在豎直方向呈線性變化，圍巖的位置越深，自重地應力值越大；二是地下工程巖體開挖卸荷導致附近圍巖體中的應力場發生較大變化，例對深埋圓形巷道開挖的理論分析表明，開挖后圍巖徑向應力為(p₀為原巖應力大小，R₀為巷道半徑，r為圍巖到巷道圓心的距離)。目前學術界有一個共識，在研究材料或構件力學特性時，應考慮構件的實際靜應力環境。根據現有研究結果，介質中應力波傳播波速與承受的靜應力大小關系密切，在一定靜應力范圍內，靜應力越大，縱波波速越大，且波速值的大小與介質的密度呈正向相關。波阻抗是反應介質動力特性的基本物理量，其值是波速與密度的乘積，即介質的波阻抗與其靜應力的大小也呈正相關性。因此具有梯度靜應力構件中的應力波傳播衰減規律必然與具有均勻靜應力時的情況不同。然而，如何對試件施加軸向梯度靜應力并測試其應力波傳播規律，目前尚且沒有一種可行的方法和試驗裝置。基于此，本發明提出一種測試軸向近似梯度靜應力下應力波傳播規律的方法和裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種測試軸向近似梯度靜應力下應力波傳播規律的方法及裝置，本發明實現了對測試對象施加近似梯度靜應力，以模擬研究工程結構或構件所處的梯度靜應力環境及其應力波傳播規律。

本發明的技術方案：

一種測試軸向近似梯度靜應力下應力波傳播規律的裝置，包括近似梯度靜應力加載裝置和應力波信號激發及采集部分；

所述的近似梯度靜應力加載裝置包括平臺，固定于平臺四角的立柱，在平臺的中央設置有基座；在立柱上配有上下滑動的水平框架，水平框架由升降裝置驅動；在水平框架的中央設置有矩形框，矩形框的中心與基座中心位于同一鉛垂線上(軸線)；試件直立于基座上，其上端套于矩形框中，頂部布置有激振器；試件自上而下的兩組相對側面上交替安裝有加載梁；加載梁上對稱地布置有加載孔，加載孔上對稱地掛有砝碼；同時位于試件同一側面上相鄰的下一加載梁的長度短于上一加載梁的長度，防止下一加載梁影響上一加載梁上砝碼的懸掛；在試件的同一側面上均勻地布置有應變片，另一相鄰的試件側面上均勻地布置有加速度傳感器；