[發明專利]用于模擬塊系巖體動態力學特性的實驗裝置

有效

• 申請號: 201610199797.1
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105716961B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 李杰;王波;蔣海明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G01N3/14
• 分類號: G01N3/14;G01N3/00;G01N3/32
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安

本發明涉及用于模擬塊系巖體動態力學特性的實驗裝置，包括用于承載模型試件的底座、分別設有絲杠的垂直加載機架和水平加載機架、兩個設有激振器的沖擊加載單元以及水平靜力加載單元，垂直加載機架豎直地固定在底座上，水平加載機架與水平靜力加載單元分別設置于垂直加載機架兩側的底座上，沖擊加載單元分別通過絲杠驅動可上下滑動地連接于水平加載機架與垂直加載機架上，使得激振器隨沖擊加載單元滑動至與模型試件相應的指定位置時通過激振器產生作用于模型試件的擾動，水平靜力加載單元包括一根拉力可調節的鋼絲，鋼絲的一端可拆卸地連接于模型試件上。有益效果為：采用激振器進行模擬沖擊擾動，可以實現多種波形，相較落錘沖擊更符合實際情況，保證了試驗的科學性。

技術領域

本發明涉及深部巖體力學狀態模擬研究領域，尤其涉及用于模擬塊系巖體動態力學特性的實驗裝置。

背景技術

眾所周知，巖體是實際的地質體，它由斷層、節理和裂隙等所分割，這些結構面之間由強度較低的充填體所聯系，所以巖體是典型的非均勻非連續介質，可看作由不同尺度的巖塊相凝聚而成的集合體，其最主要特性是其塊體性。

外力作用下，巖體的變形主要由巖塊變形和結構面處充填材料的變形所組成，而后者占整個巖體變形的主要部分。實測資料顯示，在巖體中進行地下工程施工開挖或者爆炸時，巖體邊界面處產生了顯著的巖塊相差位移，主要是巖塊的旋轉和相互間的滑移，這種旋轉和滑移在具有不同等級尺寸的巖塊間傳遞，因此形成大振幅、慢速傳播的廣譜非線性彈塑性變“位”波系或稱為擺形波。同時，巖塊間的相互旋轉和滑移使巖塊間充填物被破壞從而出現摩擦力的減少或相互間接觸的脫離，從而產生巖塊間的低摩擦現象，使得巖塊間的斷裂滑移相對更加容易，巖塊界面間“約束力(摩擦力)”的消失還可使原先巖塊內儲存的能量得以釋放，從而誘發斷裂滑移型巖爆或者工程性地震。

上述巖體變形破壞特征和機制的研究顯然是傳統的連續介質模型所無法得到的，必須基于巖體的塊系構造理論，采用科學手段研究擾動作用下塊系巖體的動態力學特性。

目前國內外許多學者進行了相關工作，分別在理論研究和模擬試驗取得了一定的進展。但目前試驗設備普遍采用落錘沖擊的方法，控制精度低，操作性不強，不能定量地開展模擬試驗。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能實現高地應力、開挖擾動和爆炸擾動模擬的基于相似理論對深部巖體應力狀態進行模擬測試的方法。

所述用于模擬塊系巖體動態力學特性的實驗裝置，包括用于承載模型試件的底座、分別設有絲杠的垂直加載機架和水平加載機架、兩個設有激振器的沖擊加載單元以及水平靜力加載單元，垂直加載機架豎直地固定在底座上，所述水平加載機架與水平靜力加載單元分別設置于垂直加載機架兩側的底座上，所述沖擊加載單元分別通過絲杠驅動可上下滑動地連接于水平加載機架與垂直加載機架上，使得激振器隨沖擊加載單元滑動至與模型試件相應的指定位置時通過激振器產生作用于模型試件的擾動，所述水平靜力加載單元包括一根拉力可調節的鋼絲，所述鋼絲的一端可拆卸地連接于模型試件上。

所述用于模擬塊系巖體動態力學特性的實驗裝置的進一步設計在于，所述鋼絲的另一端通過以拉力調節單元調節拉力的大小，所述拉力調節單元包括砝碼盤與滑輪組，鋼絲的另一端穿過所述滑輪組與所述砝碼盤相連，通過改變砝碼盤承載的砝碼重量，實現水平拉力大小的調節。

所述用于模擬塊系巖體動態力學特性的實驗裝置的進一步設計在于，垂直加載機架和水平加載機架上分別設有固定組件，所述固定組件包括支架與調節螺栓，所述支架設于豎直滑軌的兩側且每個支架的一端為設有內螺紋的頂圈，所述調節螺栓通過與所述頂圈旋橫向地支撐在支架上，用于在滑塊到達指定位置時，鎖緊調節螺栓固定沖擊加載單元。

所述用于模擬塊系巖體動態力學特性的實驗裝置的進一步設計在于，所述沖擊加載單元還包括荷載傳感器、沖擊頭以及滑塊，荷載傳感器和沖擊頭安裝于激振器相對于模擬試件的一側，激振器產生沖擊擾動，所述擾動依次經荷載傳感器、沖擊頭作用于模型試件，激振器通過滑塊滑動連接于對應的垂直加載機架或水平加載機架。