[發明專利]一種動靜組合電磁加載霍普金森巖石桿波傳播測試裝置

在審

• 申請號: 201910645658.0
• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN110441169A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 謝和平;朱建波;周韜;高明忠;李存寶;廖志毅;王俊;張凱
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01N3/317
• 分類號: G01N3/317;G01N3/12;G01H11/06
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡玉

本發明提供了一種動靜組合電磁加載霍普金森巖石桿波傳播測試裝置主要由加載框架系統、巖石桿系統、電磁脈沖發射系統、軸壓伺服控制加載系統、數據監測與采集系統組成。加載框架系統主要由支撐平臺、連桿、巖石桿支座以及軸壓加載固定擋板組成，起到提供支撐平臺并引導巖石桿件對中的作用。巖石桿系統由滿足不同試驗需求的直徑相等，長度和數量不等，材質相等或不等的巖石桿組成。電磁脈沖發射系統主要由電磁脈沖應力波激發腔及其控制系統構成。軸壓伺服控制加載系統由液壓加載油缸、軸壓加載活塞以及軸壓伺服控制系統組成。軸壓伺服控制加載系統的功能為程序化控制油源系統的加載、保持和卸載，可保證靜態軸壓在測試過程保持相對穩定。

技術領域

本發明屬于巖體中應力波傳播研究領域。更具體地說，涉及一種用于巖體中應力波傳播和衰減規律研究的動靜組合電磁加載霍普金森巖石桿波傳播測試裝置。

背景技術

巖石材料不同于其他工程材料，其內部包含有大量的預先存在的缺陷，例如微孔洞、微裂隙、節理、節理組以及結構面等。這些預先存在的缺陷不僅控制著巖體材料的力學特性，還顯著的影響巖體的波動特性(例如應力波傳播和衰減)。因此，研究巖石材料和巖體結構的波動特性，尤其巖體內部節理或節理組對應力波傳播和衰減規律，對分析和評估巖體工程在地震波或爆炸波等作用下的安全性和穩定性顯得尤為重要。目前，研究巖石內部預先存在的節理裂隙等缺陷對波傳播和衰減規律的影響的方法主要有兩種，一種是利用超聲波測量系統對節理巖石試樣或者含內部缺陷巖石試樣進行高頻率、低幅值的超聲波傳播測量來分析節理裂隙對超聲波傳播和衰減規律的影響；另一種是利用傳統一維霍普金森桿對含單一預制節理巖石試樣進行高幅值、低頻率的一維應力波傳播測試來研究單一節理對應力波傳播和衰減規律的影響。現有方法極大地促進了人們理解并掌握巖石節理對波傳播和衰減規律。但是，上述兩種方法均是基于等效直徑和長度均小于等于50mm的小尺寸巖石節理開展的試驗研究，無法開展接近于實際工況下的大尺度(巖體長度達到米級)巖體中應力波傳播和衰減規律研究。因此，現有技術還有待改進。

發明內容

為解決現有實驗裝置及測試方法無法開展接近于實際情況下的大尺度(巖體長度達到米級)巖體結構中的應力波傳播和衰減規律研究，本發明提出一種動靜組合電磁加載霍普金森巖石桿波傳播測試裝置，彌補了現有巖體中應力波傳播實驗研究裝置的缺陷，尤其是解決了現有裝置無法開展考慮巖體初始靜應力條件下的巖體中應力波傳播研究的技術難題，可為巖體工程的設計、防護以及安全性和穩定性評估提供重要的技術支持。

動靜組合電磁加載霍普金森巖石桿波傳播測試裝置主要由加載框架系統、巖石桿系統、電磁脈沖發射系統、軸壓伺服控制加載系統、數據監測與采集系統組成。

加載框架系統主要由支撐平臺、連桿、巖石桿支座以及軸壓加載固定擋板組成，起到提供支撐平臺并引導巖石桿件對中的作用。巖石桿系統主要由滿足不同試驗需求的直徑相等，長度和數量不等，材質相等或不等的巖石桿組成。電磁脈沖發射系統主要由電磁脈沖應力波激發腔及其控制系統構成。軸壓伺服控制加載系統主要由液壓加載油缸、軸壓加載活塞以及軸壓伺服控制系統組成。軸壓伺服控制加載系統的功能為程序化控制油源系統的加載、保持和卸載，可保證靜態軸壓在測試過程保持相對穩定。數據監測與采集系統主要由多通道高速同步記錄儀、應變片、惠斯通電橋以及應變信號放大器構成，能確保巖體中應力波傳播測試數據完整且有效的被記錄和存儲。

圖1為動靜組合電磁加載霍普金森巖石桿波傳播測試裝置三維圖，試驗裝置置于支撐平臺1上，主要由加載框架系統、巖石桿系統、電磁脈沖發射系統、軸壓伺服控制加載系統、數據監測與采集系統組成。入射端軸壓加載固定擋板2固定于支撐平臺1的入射端部，其中心和四周分別設置有大圓孔和小圓孔，此處的大圓孔和小圓孔是相對的說法，即入射端軸壓加載固定擋板2中間設置的圓孔的尺寸大于四周設置的圓孔的尺寸，所以此處是清楚的。下面透射端軸壓加載固定擋板11的大圓孔和小圓孔同此處的理解。