[發(fā)明專利]模擬工程巖體層裂化失穩(wěn)過程的落錘沖擊試驗系統(tǒng)與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010103476.3
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111157372B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宇;任俊宇;胡志強;童永杰;易雪楓;高少華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種模擬工程巖體層裂化失穩(wěn)過程的落錘沖擊試驗系統(tǒng)，其特征在于：包括落錘加載裝置、應(yīng)力轉(zhuǎn)化裝置、振動模型實驗裝置、加速度收集系統(tǒng)、圖像收集系統(tǒng)和數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，落錘加載裝置包括擺球(15)、擺球桿(11)、刻度盤(10)、指針(9)和擺錘支架(12)，應(yīng)力轉(zhuǎn)化裝置包括鋼質(zhì)分配梁(13)、緩沖氣囊(14)和托板(21)，振動模型實驗裝置包括外框架(1)、內(nèi)框架(2)、墊板(16)、螺栓(22)、萬向輪(20)、彈簧(17)、調(diào)整支座(7)、絲杠(6)、滑塊(23)、角度調(diào)整器(5)和試樣托板(3)，加速度收集系統(tǒng)包括加速度傳感器(18)，圖像收集系統(tǒng)和數(shù)字圖像處理系統(tǒng)包括兩臺高速攝像機(4)和攝像機支架(8)；指針(9)和刻度盤(10)安裝在擺錘支架(12)頂部，擺球(15)連接在擺球桿(11)一端，擺球桿(11)另一端連接在擺錘支架(12)頂端，鋼質(zhì)分配梁(13)和緩沖氣囊(14)豎直放置，緩沖氣囊(14)緊貼鋼質(zhì)分配梁(13)，鋼質(zhì)分配梁(13)在內(nèi)框架(2)外側(cè)，貼近擺球(15)，用螺栓(22)和一個豎直托板將鋼質(zhì)分配梁(13)和緩沖氣囊(14)固定在內(nèi)框架(2)前側(cè)；，內(nèi)框架(2)的長軸方向固定有角鋼，角鋼底面和側(cè)面各安裝一個萬向輪(20)，萬向輪(20)通過螺栓(22)固定在內(nèi)框架(2)上，并通過墊板(16)和螺栓(22)連接到角鋼上，一共八個萬向輪(20)，萬向輪(20)用來模擬層狀邊坡和深地工程；在內(nèi)框架(2)的短軸遠離擺球(15)的一面上，四個彈簧(17)均勻分布在內(nèi)框架(2)側(cè)板的四角，內(nèi)框架(2)和外框架(1)通過八個萬向輪(20)和四個彈簧(17)連接，在內(nèi)框架(2)底部中間部位緊靠緩沖氣囊(14)安裝調(diào)整支座(7)，調(diào)整支座(7)兩端連接有絲杠(6)，絲杠(6)上連接有滑塊(23)，滑塊(23)上部通過角度調(diào)整器(5)連接試樣托板(3)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬工程巖體層裂化失穩(wěn)過程的落錘沖擊試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述外框架(1)兩側(cè)對稱設(shè)置攝像機支架(8)，攝像機支架(8)上安置高速攝像機(4)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬工程巖體層裂化失穩(wěn)過程的落錘沖擊試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述擺球桿(11)與擺錘支架(12)保持平行。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬工程巖體層裂化失穩(wěn)過程的落錘沖擊試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述調(diào)整支座(7)徑向一側(cè)平行設(shè)置加速度傳感器(18)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬工程巖體層裂化失穩(wěn)過程的落錘沖擊試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述托板(21)包括兩個水平托板和一個豎直托板，水平托板安裝在內(nèi)框架(2)上下兩面，且平行放置，豎直托板安裝于內(nèi)框架(2)一側(cè)，豎直托板上安裝鋼質(zhì)分配梁(13)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬工程巖體層裂化失穩(wěn)過程的落錘沖擊試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述內(nèi)框架(2)前側(cè)即為落錘加載裝置一側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬工程巖體層裂化失穩(wěn)過程的落錘沖擊試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述試樣托板(3)的傾角能夠調(diào)節(jié)。

8.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的模擬工程巖體層裂化失穩(wěn)過程的落錘沖擊試驗系統(tǒng)的方法，其特征在于：包括步驟如下：

S1：試驗準備：制作混凝土層狀試塊，在試件側(cè)面上刷白色底漆；

S2：待白色底漆干燥后，在白色底漆上噴涂小的黑色斑點；

S3：待層狀試塊上的黑色斑點干燥后，將試塊一端作為固定端，與固定端相對的為層狀試塊的自由端；

S4：將層狀試塊安裝在試樣托板上，根據(jù)要求調(diào)整試樣托板下的角度調(diào)整器，達到實驗時巖層所需傾角；

S5：沿絲杠的徑向架設(shè)高速攝像機，并使高速攝像機上的鏡頭垂直于絲杠軸向；

S6：打開加速度傳感器，連接至電腦端；

S7：打開高速攝像機，調(diào)整擺球桿到設(shè)定角度使其靜止落下；

S8：記錄實驗數(shù)據(jù)：高速攝像機記錄下層狀試塊一次加載變化全過程，記錄實驗過程中加速度傳感器數(shù)值變化；

S9：重復(fù)加載：待一次加載數(shù)據(jù)記錄完成，將擺球桿調(diào)整到與S7中相同的角度，使其靜止落下，重復(fù)加載，重復(fù)此步驟不少于三次；

S10：取出試塊，關(guān)閉試驗系統(tǒng)；

S11：整理數(shù)據(jù)：使用數(shù)字圖像相關(guān)法計算高速攝像機記錄的圖片,得到混凝土層狀試塊在所有圖片上的所有像素點的應(yīng)變歷史,形成應(yīng)變數(shù)據(jù)庫；

S12：基于S11中得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)庫，計算出層狀試塊的側(cè)面上變形區(qū)域所有像素點的變形信息；

S13：對變形前圖像中的變形區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，將每個子區(qū)域當作剛性運動，再針對每個子區(qū)域，通過預(yù)先定義的函數(shù)來進行計算。