[發明專利]一種重力卸荷的巖體動態卸荷試驗系統及方法

在審

• 申請號: 202011498363.4
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112665994A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 羅憶;李橋梁;沙劍鳴;黃俊紅;李新平;魏小清;郭運華;謝方;宋凱文;龔航里;劉鑫;張超
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳;潘杰

本發明公開了一種重力卸荷的巖體動態卸荷試驗系統及方法，所述裝置包括同軸布置的兩根霍普金森桿和固定于兩根霍普金森桿之間的巖體試樣，位于前端的霍普金森桿端部固定，位于后端的霍普金森桿的端部設有瞬態卸荷裝置，霍普金森桿上設置有監測控制組件。本發明以重力和安培力的雙重作用實現對高地應力下巖體瞬態卸荷過程的模擬，對了解高地應力下瞬態卸荷條件下巖土的應力應變狀況和巖體開挖工程施工有重要意義。

技術領域

本發明涉及巖體爆破試驗技術領域，特別是涉及一種重力卸荷的巖體動態卸荷試驗系統及方法。

背景技術

在深部地下工程開挖爆破的過程中，高地應力巖體爆破開挖的過程實際上是瞬態卸荷的過程，爆破開挖改變了地下巖體的幾何性質，導致開挖面上的初始應力快速卸除，巖體的位移使巖體位移邊界條件和荷載邊界條件急劇變化，使得儲存在巖土中的彈性應變能在短時間內釋放出來，從而形成卸荷應力波。

然而，目前對高地應力爆破開挖引起的變形問題的分析和研究大部分都限于數值模擬和理論推導，數值模擬因為對工程巖體參數具有很大的依賴性,并且所涉及參數很多,需要現場及實驗室進行大量樣本測定參數,所需成本較大；理論推導涉及到損傷力學、斷裂力學等多種學科,理論分析難度較大。而現有的模擬開挖卸荷的試驗系統卸荷速率比較慢，無法對巖土模型上所受到的荷載進行快速的卸除。

目前利用相似模擬方法研究巖體動態卸荷效應的主要有：(1)地下洞室結構面開挖瞬態卸荷松動模擬試驗系統(中國專利申請號:201510203951.3)，該裝置通過杠桿型加卸載構件實現已開挖的含結構面的地下洞室圍巖模型上荷載的快速卸除，但該裝置結構較為復雜；(2)一種巖體動態卸荷效應測試試驗裝置及其測試方法(中國專利申請號:201610331042.2)，該裝置通過泄壓裝置來實現不同圍壓、不同側壓系數及不同卸荷速度的巖體卸荷，但該裝置無法對荷載進行快速的卸除。

針對現有技術存在的問題，有必要提供一種方便實用的巖體動態卸荷試驗系統及方法。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的問題，提出一種重力卸荷的巖體動態卸荷試驗系統及方法，以重力和安培力的雙重作用實現對高地應力下巖體瞬態卸荷過程的模擬，對了解高地應力下瞬態卸荷條件下巖土的應力應變狀況和巖體開挖工程施工有重要意義。

為實現上述目的，本發明所設計的一種重力卸荷的巖體動態卸荷試驗系統，其特殊之處在于，包括同軸布置的兩根霍普金森桿和固定于兩根霍普金森桿之間的巖體試樣，位于前端的霍普金森桿端部固定，位于后端的霍普金森桿的端部設有瞬態卸荷裝置，所述霍普金森桿上設置有監測控制組件；

所述瞬態卸荷裝置包括卸荷裝置支撐臺，所述卸荷裝置支撐臺上設置有帶滑槽的固定支座，所述帶滑槽的固定支座上滑槽的左右兩端各設置一個帶滑輪鋼板，左端所述帶滑輪鋼板與霍普金森桿抵接；右端帶滑輪鋼板與加載組件抵接；所述左右兩端的帶滑輪鋼板通過平行布置的方形桿連接，所述平行布置的方形桿分為左右兩段，左右兩段方形桿的端部分別通過鉸鏈與左右兩側的帶滑輪鋼板鉸接，中部通過鉸鏈與方形鋼柱鉸接，兩個方形鋼柱的底部分別設置于鋼柱滑軌上，兩個鋼柱滑軌沿帶滑槽的固定支座的寬度方向相對設置；兩個方形鋼柱上分別設置脆性桿卡槽，脆性桿卡入兩個脆性桿卡槽內；

所述瞬態卸荷裝置的上方設置有電磁撞擊裝置：包括固定鋼架，所述固定鋼架的中部設置有垂直導電滑桿，兩塊電磁鐵分別設置于垂直導電滑桿的兩側，所述垂直導電滑桿上設置有與之滑動配合的電磁撞擊滑塊，所述電磁鐵、電磁撞擊滑塊與電源控制器電連接。

進一步地，所述加載組件包括千斤頂、液體管路和液壓站，千斤頂與帶滑輪鋼板抵接，所述加載組件向右端帶滑輪鋼板產生水平方向的荷載。

更進一步地，所述霍普金森桿的下方設置有混凝土支柱，所述霍普金森桿與混凝土支柱之間通過長條形鋼板固定連接，所述霍普金森桿通過鋼托固定于下方的長條形鋼板上。

更進一步地，所述兩個方形鋼柱之間通過柔性鋼繩連接。