[發(fā)明專利]利用霍普金森壓桿測試巖石材料動態(tài)點載荷強度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710893042.6
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107687973B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 宮鳳強;王進;李夕兵
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/30
• 代理公司: 43205 長沙星耀專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 寧星耀

本發(fā)明公開了一種利用霍普金森壓桿測試巖石材料動態(tài)點載荷強度的方法，將霍普金森壓桿的入射桿和透射桿加載試樣的兩端改進成圓錐型形成圓錐型加載端；選取巖石試樣，試樣高度與平均寬度之比為0.5～1.0，選擇巖石試樣最小尺寸方向為加載方向；將巖石試樣放入入射桿和透射桿之間，使左、右兩個圓錐型加載端分別與巖石試樣緊密接觸；對巖石試樣的軸向兩端施加加載力，通過霍普金森壓桿原理得到動態(tài)破壞荷載P_{d max}；再通過點載荷強度公式和得到動態(tài)點載荷強度I_s和對應的加載率本發(fā)明能夠獲得不同加載率下巖石材料的動態(tài)點荷載強度。

技術領域

本發(fā)明屬于巖石材料性能測試技術領域，特別是涉及一種利用霍普金森壓桿實驗系統(tǒng)測試巖石材料動態(tài)點載荷強度的方法。

背景技術

巖體屬于天然介質，由于受節(jié)理裂隙的影響，有時比較破碎。針對破碎巖體，在進行巖石抗壓強度測試時，很難加工成直徑50mm、高徑比(試樣高度和直徑之比)2:1的圓柱型試樣進行測試，一般采用點荷載試驗進行試驗?，F(xiàn)有的巖石材料點荷載試驗主要是靜態(tài)點荷載試驗，沖擊荷載下的巖石點荷載試驗技術是空白。因此非常有必要發(fā)展用于測試沖擊荷載作用下巖石材料動態(tài)點荷載強度的試驗技術和方法。

在測試巖石材料的靜態(tài)點載荷強度實驗中，材料試樣有方塊體或不規(guī)則塊體試件以及巖心試樣等形式，然后利用點載荷試驗儀法進行測試。利用上述方法，通過調節(jié)實驗系統(tǒng)加載速率范圍，只能獲得低加載率段材料的點載荷強度，更高加載率下的實驗無法通過常規(guī)的點載荷試驗儀完成。對于高加載率段巖石材料的動態(tài)性能測試實驗，目前主要采用霍普金森裝置。由于常規(guī)霍普金森實驗系統(tǒng)中入射桿和透射桿的截面為平滑的圓面，無法滿足點載荷錐型對心受力的實驗要求，導致高加載率段材料的動態(tài)點載荷強度測試一直無法實現(xiàn)。

發(fā)明內容

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種利用改進的霍普金森壓桿測試巖石材料動態(tài)點載荷強度的方法，能夠獲得不同加載率下巖石材料的動態(tài)點荷載強度。

本發(fā)明所采用的技術方案是，一種利用霍普金森壓桿測試巖石材料動態(tài)點載荷強度的方法，按照以下步驟進行：

步驟1，將霍普金森壓桿的入射桿和透射桿加載試樣的兩端，分別改進成圓錐型形成圓錐型加載端，形成入射桿上的圓錐型加載端和透射桿上的圓錐型加載端；

步驟2，選取巖石試樣，巖石試樣為圓柱型、方形或不規(guī)則塊體，高度為25～50mm，加載處平均寬度與加載處兩點間距之比為0.5～1.0，選擇巖石試樣最小尺寸方向為加載方向；將巖石試樣放入入射桿和透射桿之間，使左邊的入射桿上的圓錐型加載端和右邊的透射桿上的圓錐型加載端分別與巖石試樣緊密接觸；

步驟3，對巖石試樣的軸向兩端施加加載力，通過霍普金森壓桿試驗原理得到動態(tài)破壞荷載P_dmax；

步驟4，再通過點載荷強度公式得到動態(tài)點載荷強度I_s，其中，D_s為等效巖芯直徑；

步驟5，最后通過加載率計算公式得到動態(tài)點載荷強度I_s對應的加載率其中，t為試樣加載開始到P_dmax的時間。

進一步的，所述步驟1中，選擇直徑為50mm的霍普金森壓桿，入射桿上的圓錐型加載端和透射桿上的圓錐型加載端的錐端部曲率半徑為5mm、錐頂角為60°、高度為38.3mm，入射桿和透射桿的直徑為50mm。

進一步的，所述步驟2中，入射桿上的圓錐型加載端和透射桿上的圓錐型加載端的接觸點距巖石試樣自由端的距離不應小于加載點間距的1/2。