[發明專利]一種主動圍壓下的巖石爆破振動測試裝置及其應用

有效

• 申請號: 201811377812.2
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109490075B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 魯功達;楊興國;周家文;徐昊;陶劍;戚順超
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/313;G01N3/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 苗艷榮

一種主動圍壓下的巖石爆破振動測試裝置，包括圍壓和爆炸加載系統、以及分別位于該加載系統兩側的運動監測系統和應變監測系統；圍壓和爆炸加載系統包括加載框架，其內設有兩個互相垂直且具有10MN以上加載能力的主動圍壓加載裝置及被動支撐裝置；在主動圍壓加載裝置以及被動支撐裝置上垂直連接有加載墊板，加載墊板由固定螺栓連接；運動監測系統包括數個振動速度監測探頭以及與探頭相連接的數據采集系統；應變監測系統包括高速攝影機以及數據處理系統。本發明裝置可測定主動圍壓下具有不同脆性、延性特征巖石的爆炸應變和運動響應，解決以往技術方案中圍壓加載能力低、無法考慮圍壓各向異性、無法同時測定巖石爆炸應變和運動響應的問題。

技術領域

本發明屬于巖石動力學領域，具體涉及一種主動圍壓下的巖石爆破振動測試裝置及其應用。

背景技術

作為開發利用深部資源的重要工程手段，巖石爆破技術廣泛應用于水電、交通、采礦等領域的地下巷道和廠房開挖。為優化巖石爆炸破碎效果、提高炸藥能量有效利用率、降低炸藥單耗和工程成本，應在減小爆破粉碎區范圍的前提下，于開挖區產生長大的巖石裂隙，同時降低預留巖體的損傷破壞(Hagan,1979；Donzéet al.,1997；BanadakiMohanty,2012；冷振東等,2015；An et al.,2017；Yi et al.,2018)。然而，在地球深部圍壓(地應力)作用下，巖石將具有不同的屈服破壞形式和機理：在低圍壓作用下，巖石一般將產生脆性破壞并伴隨著相對較少的宏觀裂隙發展；而在高圍壓作用下，巖石一般將產生延性變形并伴隨著大量微觀裂隙的形成(這種巖石被稱為“高應力軟巖”)，進而產生相對更大的粉碎區，造成更大的爆炸能量損耗，不利于長大拉裂隙的發展(KutterFairhurst,1971；Hagan,1979)。可見，爆炸波在不同圍壓作用下的巖石中將具有不同的衰減規律。由于爆炸波的峰值振動速度決定了巖石的損傷程度(Persson,1997；Li et al.,2011；Bastante et al.,2012；Liu et al.,2017)，因此研究巖石在不同圍壓條件下的爆炸力學響應和振動衰減規律，對于適應和利用原巖應力提高深部爆炸破巖效果和效率具有至關重要的理論和工程意義。然而，目前國內外針對深部巖體爆炸力學響應的測試技術方法極為有限，且均未研究不同圍壓下質點振動的衰減規律。

何成龍等(He et al.,2018)公開了由加載及應變測試系統兩部分組成的裝置，存在的不足是：圍壓加載能力小，可施加的最大作用力僅為500kN，對常規尺寸巖石試樣僅能施加最大16MPa的圍壓，不能使巖石出現脆性-延性轉換，進而無法揭示深部高應力軟巖的爆炸力學響應，而且該裝置不能測定巖石的運動特征，因而難以用于指導地球深部不同圍壓條件下的巖石爆破實踐；Zhang et al.(2017)公開的技術存在圍壓加載能力小且不能測定巖石的變形和運動特征的缺陷；楊立云等(2013)的技術除了圍壓加載能力小外，同時存在不能實現各向異性圍壓加載，不能測定巖石的變形和運動特征的局限。

發明內容

本發明的目的是提出一種主動圍壓下的巖石爆破振動測試裝置，可測定主動圍壓下具有不同脆性、延性特征巖石的爆炸應變和運動響應，解決以往技術方案中圍壓加載能力低、無法考慮圍壓各向異性、無法同時測定巖石爆炸應變和運動響應的問題，進而可實現研究巖石在不同圍壓條件下的爆炸力學響應和振動衰減規律，并為地球深部不同圍壓條件下的巖石爆破實踐提供指導和依據。

本發明采取的技術方案是：

一種主動圍壓下的巖石爆破振動測試裝置，包括圍壓和爆炸加載系統、以及分別位于該加載系統兩側的運動監測系統和應變監測系統；

所述圍壓和爆炸加載系統包括加載框架，在加載框架內設有兩個互相垂直且具有10MN以上加載能力的主動圍壓加載裝置以及與主動圍壓加載裝置相匹配的被動支撐裝置；在每個主動圍壓加載裝置以及每個被動支撐裝置上均垂直連接有一個加載墊板，相對的兩個加載墊板由固定螺栓連接；

所述運動監測系統包括數個振動速度監測探頭以及與探頭相連接的數據采集系統；