[發(fā)明專(zhuān)利]一種檢測(cè)高溫下應(yīng)力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗(yàn)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111482284.9
• 申請(qǐng)日: 2021-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114216801A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范立峰;賈琳;王夢(mèng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/313
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/313;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種檢測(cè)高溫下應(yīng)力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗(yàn)裝置，包括：發(fā)射裝置、加熱控溫裝置、圖像采集裝置、數(shù)據(jù)處理裝置等四部分。本發(fā)明的發(fā)射裝置主要包括發(fā)射裝置底座、支座、發(fā)射腔室、子彈。加熱控溫裝置主要包括保溫外殼、石棉隔熱層、加熱絲、控溫板和密封板。本發(fā)明的圖像采集裝置主要包括4臺(tái)高速攝影機(jī)；數(shù)據(jù)處理裝置為安裝DIC軟件的電腦；本發(fā)明可以通過(guò)加熱裝置的控溫控時(shí)功能，對(duì)巖石桿分段加熱。巖石桿分別在不同溫度下產(chǎn)生不同梯度分布的微缺陷，即可檢測(cè)高溫下應(yīng)力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種檢測(cè)高溫下應(yīng)力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗(yàn)裝置，屬于巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在建或擬建一大批重大巖體工程。在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中巖體不可避免地會(huì)受到動(dòng)載荷的影響，而動(dòng)荷載會(huì)以應(yīng)力波的形式在巖體中傳播。天然巖體中存在大量的微缺陷，并且，微缺陷隨著溫度的升高會(huì)發(fā)生擴(kuò)展，呈現(xiàn)不均勻分布，影響著應(yīng)力波在巖體中的傳播，因此研究高溫下應(yīng)力波在微缺陷梯度分布巖體中的傳播對(duì)地下巖體工程的建設(shè)具有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)外已有大量關(guān)于應(yīng)力波在天然巖體中傳播特性的研究，成功揭示了微缺陷會(huì)使應(yīng)力波在巖體中傳播時(shí)產(chǎn)生彌散、衰減等現(xiàn)象。目前的研究將巖體中的微缺陷視為均勻分布，實(shí)際上，在地?zé)岬雀邷刈饔孟拢烊粠r體中的微缺陷會(huì)產(chǎn)生不均勻分布，呈現(xiàn)復(fù)雜的空間梯度分布特征，這種微缺陷梯度分布特征對(duì)應(yīng)力波在巖體中的傳播有重要影響，因此，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)高溫下應(yīng)力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)目的：現(xiàn)有技術(shù)在檢測(cè)應(yīng)力波在巖體中的傳播特性時(shí)，將巖體中的微缺陷視為均勻分布，未考慮天然巖體在高溫作用下微缺陷呈梯度分布的特性。為了解決這一技術(shù)難題，本發(fā)明通過(guò)高溫加熱制作了微缺陷梯度分布的巖體，提供一種檢測(cè)高溫下應(yīng)力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：用于檢測(cè)高溫下應(yīng)力波在微缺陷梯度分布巖體中傳播特性的試驗(yàn)裝置，其中主要包括：發(fā)射裝置、加熱控溫裝置、圖像采集裝置、數(shù)據(jù)處理裝置等四部分。

本發(fā)明的發(fā)射裝置主要包括發(fā)射裝置底座1、支座2、發(fā)射腔室3、子彈4。子彈4位于發(fā)射腔室3內(nèi)，子彈4的表面與發(fā)射腔室3的內(nèi)表面相接觸并涂有潤(rùn)滑劑，發(fā)射腔室3與發(fā)射裝置底座1用支座2相連接，發(fā)射腔室3內(nèi)設(shè)有空氣壓縮機(jī)，能夠通過(guò)不同的空氣壓力產(chǎn)生不同的沖擊速度。

本發(fā)明的加熱控溫裝置主要包括保溫外殼5、石棉隔熱層6、加熱絲7、控溫板8和密封板。保溫外殼5采用不銹鋼材料，為雙層強(qiáng)制風(fēng)冷構(gòu)造，使?fàn)t內(nèi)在最高溫度時(shí)，爐殼外部溫度接近室溫，最高不高于40℃。石棉隔熱層6位于保溫外殼內(nèi)部。石棉隔熱層中部有一個(gè)長(zhǎng)條形的凹槽，用于放置巖桿9，凹槽內(nèi)部裝有兩個(gè)定滑輪用于支撐圓柱形巖石桿，減少巖石桿運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦。加熱絲7均勻分布在凹槽上部，用于加熱巖桿，電熱絲的升溫速度30-60分鐘可達(dá)到最高使用溫度，最高升溫速度可達(dá)30℃/min。為了更接近天然巖體中微缺陷梯度分布的特性，此加熱裝置的加熱絲中平均分布4個(gè)控溫板，具有50段可編程PID自整定，可設(shè)定好不同區(qū)域的加熱溫度和加熱時(shí)間，自動(dòng)控溫，分模塊控制不同區(qū)域的溫度，通過(guò)對(duì)巖石不同程度的高溫加熱，使巖石產(chǎn)生不同梯度分布的微缺陷。采用密封板將凹槽兩端密封，密封板包括凹槽前端和凹槽后端的密封板，密封板外部為金屬外殼10和石棉內(nèi)層11，用于高溫加熱時(shí)將加熱系統(tǒng)的凹槽前后密封，避免因熱量散失引起測(cè)量誤差。

本發(fā)明的圖像采集裝置主要包括4臺(tái)高速攝影機(jī)12，鏡頭分別對(duì)準(zhǔn)巖桿中軸線(xiàn)平均分布的四個(gè)部位，測(cè)量應(yīng)力波在巖桿中傳播時(shí)巖桿的變形。其中高速攝影機(jī)在拍攝應(yīng)力波在巖體中的傳播時(shí)，選用的參數(shù)為10萬(wàn)幀，每張照片間隔為0.01ms，拍攝分辨率為256×128像素，鏡頭采用1:1放大倍率微距鏡頭。高速攝影機(jī)像素點(diǎn)大小為20μm，實(shí)際拍攝區(qū)域大小為5.12mm×2.56mm。