[發明專利]動態載荷作用下粗糙裂隙面剪切滑移動態應力場測試系統

有效

• 申請號: 201810876999.4
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109164038B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 鞠楊;萬昌兵;劉鵬;劉紅彬
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01N21/84
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

1.一種粗糙裂隙面剪切滑移動態應力場測試系統，其特征在于，包括：

測試模型垂直加載系統，用于對測試模型施加垂向加載及控制沖擊滑移導向，所述測試模型內嵌有粗糙裂隙面；

光學實驗系統，用于捕捉測試模型在所述粗糙裂隙面剪切滑移過程中的光彈條紋圖像；

水平輕氣炮沖擊系統，用于通過向測試模型發射預設沖擊速度值的彈丸的方式對測試模型施加動態應力波作用；

數字信號控制系統，用于控制所述的光學實驗系統、水平輕氣炮沖擊系統及測試模型垂直加載系統的協同工作，還用于控制彈丸沖擊被測試模型時的脈沖激光發射及光學實驗系統中的高速相機拍攝的同步；

所述測試模型的粗糙裂隙面的剖面曲線為拼接巴頓曲線；

拼接巴頓曲線的生成過程為：

所需使用的曲線中選用一段巴頓曲線AD，所需使用的曲線指的是預設置的粗糙裂隙對應的曲線，從選用的巴頓曲線右端點D引出一條水平實線至左端點A的垂直位置，測量得到曲線AD的水平距離L1，所述水平實線與所述巴頓曲線AD相交于B，如果BD長度大于X-L1，則沿著B點向右框選水平長度為X-L1的區域BC，獲取區域BC內所包含的曲線BC；如果BD長度小于X-L1，則沿著B點向左框選水平長度為X-L1的區域CB，獲取區域CB內所包含的曲線CB，將曲線CB沿著垂直方向鏡像，得到曲線BC，將所述曲線BC拼接到所述巴頓曲線AD的右端點D上，得到拼接巴頓曲線AE，其中，所述X為所述粗糙裂隙水平長度。

2.根據權利要求1所述的粗糙裂隙面剪切滑移動態應力場測試系統，其特征在于，

粗糙裂隙面為借助CT掃描與三維重構技術，對裂隙煤巖體結構進行掃描，將掃描切片進行三維重構，獲取的真實裂隙面，將所述真實裂隙面作為測試模型的粗糙裂隙面。

3.根據權利要求1所述的粗糙裂隙面剪切滑移動態應力場測試系統，其特征在于，所述測試模型內還設置有用于對粗糙曲面進行檢測的多個參考測點，以使得高速相機通過檢測所述參考測點位置的變化，捕捉相同水平位置處測試模型的剪切滑移錯動情況，每個粗糙裂隙面匹配有對應的參考測點，并且，不同粗糙裂隙面所對應的參考測點配置不同的標識。

4.根據權利要求1所述的粗糙裂隙面剪切滑移動態應力場測試系統，其特征在于，高壓氣室，與所述高壓氣室相連的炮管，以可拆卸方式設置在所述炮管的自由端的彈丸，所述彈丸用于沖擊測試模型。

5.根據權利要求1所述的粗糙裂隙面剪切滑移動態應力場測試系統，其特征在于，測試模型垂直加載系統，包括：

用于固定所述測試模型的L形墊塊，所述L形墊塊的內側面向所述測試模型，且所述L形墊塊的橫向墊塊位于所述測試模型的頂部；

設置于所述橫向墊塊外側表面的滾珠軸承；

面向所述滾珠軸承的加載墊板；

與所述加載墊板背向滾珠軸承的面相連的加載電機壓頭；

設置于所述測試模型底部的模型夾具；

與所述模型夾具相連的用于控制所述模型夾具伸縮的軸向加載電機；

加載機框架，用于固定加載電機壓頭和軸向加載電機，并為所述模型夾具提供支撐。

6.根據權利要求5所述的粗糙裂隙面剪切滑移動態應力場測試系統，其特征在于，所述L形墊塊301的橫向墊塊面向所述測試模型的一面設置有凹槽結構，用于鎖死所述L形墊塊301與所述測試模型接觸部分。

7.根據權利要求1所述的粗糙裂隙面剪切滑移動態應力場測試系統，其特征在于，光學實驗系統，包括：

脈沖激光光源；

依次設置在所述脈沖激光光源的發射路徑上的擴束鏡、起偏鏡、第一1/4波片、第二1/4波片、分析鏡和高速相機組合。

8.根據權利要求7所述的粗糙裂隙面剪切滑移動態應力場測試系統，其特征在于，光學實驗系統中，還包括：

可調節式分光鏡，用于將測試模型出射光路擴展成多個不同方向的光束，分別垂直穿過所述第二1/4波片和分析鏡A鏡組中對應的各個可旋轉波片；

第二1/4波片QA鏡組和分析鏡A鏡組均由多個直徑200mm的同種規格光學波片組成

所述第二1/4波片為可旋轉調節的多個波片組成的1/4波片鏡組，所述分析鏡包括多個同種規格的可旋波片。