[實用新型]用于巖體應力波傳播測試的霍普金森巖石桿裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920993287.0
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN210742027U
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 朱建波;李瑞;周韜;鄧稀肥;彭琦
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/307
• 分類號: G01N3/307;G01N3/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本實用新型公開一種用于巖體應力波傳播測試的霍普金森巖石桿裝置，裝置包括發(fā)射系統(tǒng)、實驗桿系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，實驗桿系統(tǒng)由依次設置的入射鋼桿、入射巖石桿、透射巖石桿和吸收巖石桿組成，發(fā)射系統(tǒng)由氣缸、炮筒和撞擊桿組成，撞擊桿設置于炮筒內(nèi)部，所述入射鋼桿、入射巖石桿和透射巖石桿上分別設置有入射鋼桿應變片、入射巖石桿應變片和透射巖石桿應變片；入射鋼桿應變片、入射巖石桿應變片和透射巖石桿應變片均與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)相連接。本實用新型可為巖體工程的設計、防護以及安全性和穩(wěn)定性評估提供重要的理論和技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于巖石動力學與應力波傳播研究領(lǐng)域。具體涉及一種用于巖體中應力波傳播和衰減規(guī)律研究的霍普金森巖石桿實驗裝置。

背景技術(shù)

針對地震頻繁發(fā)生、工程鉆爆開挖以及采礦誘發(fā)礦震等自然和人類活動，巖體的動力特性已成為研究的熱點，被認為是研究工程巖體安全性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵科學問題之一。

分離式霍普金森壓桿是用于研究材料動態(tài)力學特性的重要實驗裝置，現(xiàn)已廣泛應用于巖石動力學特性的實驗研究中。它的組成包括發(fā)射系統(tǒng)，實驗桿系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。其測試思想是發(fā)射系統(tǒng)激發(fā)的應力波在實驗桿中傳播時兼具加載和測試的作用，依據(jù)實驗桿中波傳播的信息對試樣兩端面的應力-位移-時間關(guān)系進行解析，從而獲取試樣的動態(tài)響應特征，例如動態(tài)應力-應變關(guān)系。

巖體的動態(tài)力學特性根據(jù)研究的側(cè)重點不同，可以分為2類：一是動載荷作用下巖石材料的動態(tài)響應問題，該研究的開展常選用長徑比為1的試樣(通常巖石試樣的直徑≤50mm)，國內(nèi)外學者借助一維霍普金森桿、常規(guī)三軸霍普金森桿等開展了大量的實驗研究；二是巖體中應力波傳播和衰減的問題，該研究著重關(guān)注應力波隨空間距離的傳播和衰減規(guī)律，通常需要在長徑比大于30的長試件上沿應力波傳播方向布置多個測點開展相關(guān)實驗研究。然而，由于長徑比大于30的圓柱狀巖石桿的制備難度較大，基于霍普金森巖石桿開展的有關(guān)巖體中應力波傳播和衰減特性的實驗研究鮮有報道，導致巖體中應力波傳播和衰減特性的研究主要通過現(xiàn)場試驗測試開展。現(xiàn)場試驗雖然能夠提供直接的巖體中應力波傳播和衰減特性的結(jié)果，但是現(xiàn)場試驗研究往往存在場地選取不方便，測試費用高，試驗結(jié)果難以重復實現(xiàn)的缺陷。因此，十分有必要構(gòu)建霍普金森巖石桿裝置用于開展巖體中應力波傳播和衰減規(guī)律的室內(nèi)可重復實驗研究。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種安裝方便、操作簡易、試驗可控、結(jié)果可重復的用于巖體應力波傳播測試的霍普金森巖石桿裝置，本實用新型不僅能彌補現(xiàn)有巖體中應力波傳播實驗研究方法的缺陷，更能為巖體工程的設計、防護以及安全性和穩(wěn)定性評估提供重要的理論和技術(shù)支持。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種用于巖體應力波傳播測試的霍普金森巖石桿裝置，包括發(fā)射系統(tǒng)、實驗桿系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，實驗桿系統(tǒng)由依次設置的入射鋼桿、入射巖石桿、透射巖石桿和吸收巖石桿組成，所述發(fā)射系統(tǒng)由氣缸、炮筒和撞擊桿組成，所述撞擊桿設置于炮筒內(nèi)部，所述入射鋼桿、入射巖石桿和透射巖石桿上分別設置有入射鋼桿應變片、入射巖石桿應變片和透射巖石桿應變片；所述入射鋼桿應變片、入射巖石桿應變片和透射巖石桿應變片均與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)相連接；實驗時，發(fā)射系統(tǒng)內(nèi)的壓縮氣體推動撞擊桿撞擊入射鋼桿端部產(chǎn)生應力波；應力波通過入射鋼桿傳遞至入射巖石桿產(chǎn)生入射應力波，入射應力波傳播至入射巖石桿和透射巖石桿的界面將發(fā)生透反射，一部分入射應力波反射進入入射巖石桿形成反射拉伸波，并沿遠離透射巖石桿方向傳播，剩余入射應力波傳遞至透射巖石桿上成為透射應力波，繼續(xù)向前傳播并被吸收巖石桿吸收；入射鋼桿應變片、入射巖石桿應變片和透射巖石桿應變片對入射應力波信號、反射應力波信號和透射應力波信號進行實時測量并傳輸至數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。

進一步的，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)由超動態(tài)應變儀和示波器組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：