用于沖擊荷載下深部節(jié)理巖體破裂機理的試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖石力學與工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于沖擊荷載下深部節(jié)理巖體破裂機理的試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]明顯的沖擊荷載動力學破壞現(xiàn)象，破壞力遠大于靜載荷。受地層構(gòu)造作用和人類的開挖擾動以及巖體本身的非均一性和各向異性，地下巖體多呈現(xiàn)節(jié)理化，節(jié)理巖體組成了深部地下工程的主要圍巖結(jié)構(gòu)，其破裂破壞行為直接制約了圍巖的承載性能，因此，深入研究深部復雜應力環(huán)境下節(jié)理巖體的動力學破壞特性及破裂演化機理具有重要的理論和工程實踐意義。
[0003]申請?zhí)枮镃N201310425462.3的發(fā)明專利介紹了一種沖擊地壓真三軸模擬試驗裝置，該裝置較好的模擬了沖擊地壓的發(fā)生條件，且三軸加載條件尤其適用于回采巷道發(fā)生的重力型沖擊地壓，但是該裝置不能模擬深部地層環(huán)境下巖體真實應力狀態(tài)。
[0004]申請?zhí)枮镃N201510149128.9的發(fā)明專利介紹了一種沖擊地壓模擬實驗用靜-動復合加載裝置，該裝置通過環(huán)形儲能膠囊和儲能彈簧模擬沖擊地壓發(fā)生的靜載荷和動載荷條件，可得到實驗過程中煤巖體破壞的臨界靜荷載和臨界動荷載。
[0005]作者為張海波，2007年河海大學碩士學位論文《動-靜荷載作用下不同傾角裂隙巖體力學性能試驗模擬研究》，文中采用分離式Hopkinson壓桿對不同傾角的裂隙巖體進行試驗，沒有考慮裂隙巖體在其他方向的受力情況，該方法不能真實反映裂隙巖體的受力特征。
[0006]從已有的模擬沖擊荷載的裝置和方法中可以看出存在以下方面的不足:首先是對于用于試驗的巖石試樣，只考慮了幾何特征，如形狀、尺寸和缺陷，并沒有考慮到試驗對象在實際工程中受到的力學特征，地下工程圍巖都要受一定的地層約束，即在邊界條件上是力或者位移的限制。其次，已有的裝置和方法都只關(guān)注試樣發(fā)生破壞時的荷載大小，而沒有監(jiān)測試樣受到荷載后的變形以及破壞過程，從而忽視了煤巖體受動荷載后的大量對研究具有重要意義的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于沖擊荷載下深部節(jié)理巖體破裂機理的試驗裝置，既考慮到了試驗試樣所受的應力或位移邊界條件，又能夠監(jiān)測試樣受動荷載后的變形及破壞過程，大大豐富了動載研究中所能夠提取到的信息，同時還具有結(jié)構(gòu)簡易、造價低廉、操作簡單等特點。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0009]用于沖擊荷載下深部節(jié)理巖體破裂機理的試驗裝置，包括水平構(gòu)造應力加載系統(tǒng)、底部墊塊、頂部墊塊、應變片、高速動態(tài)采集系統(tǒng)、聲發(fā)射探頭、聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀、高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)、激光光通量位移計信號接收裝置和沖擊荷載試驗系統(tǒng)，所述水平構(gòu)造應力加載系統(tǒng)由U型底座、液壓柱、伺服控制系統(tǒng)和加載板組成，所述U型底座為U型鋼結(jié)構(gòu)，所述液壓柱與所述伺服控制系統(tǒng)相連，且一側(cè)與所述U型底座內(nèi)側(cè)指定位置焊接，另一側(cè)與所述加載板連接，所述加載板內(nèi)嵌力傳感器和位移傳感器，通過控制所述伺服控制系統(tǒng)，可以為試樣兩側(cè)施加等應力邊界或施加位移邊界，從而來模擬深部地層構(gòu)造作用的兩種應力狀態(tài)，所述底部墊塊、頂部墊塊均為鋼塊，且寬度略窄于試樣，分別放置在試樣的底部和頂部，所述應變片粘貼在所述底部墊塊和所述頂部墊塊的中部，并與所述高速動態(tài)采集系統(tǒng)相連，通過對采集到的波形數(shù)據(jù)可以得到試樣軸向的應力應變曲線，所述聲發(fā)射探頭呈正三角粘貼在試樣正面，所述聲發(fā)射探頭呈倒三角粘貼在試樣背面，并與所述聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀相連，所述高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)布置在試樣正前方，所述激光光通量位移計信號接收裝置布置在試樣的正后方，試驗裝置配合普通的沖擊載荷試驗系統(tǒng)即可以進行試驗，如霍普金森沖擊系統(tǒng)、擺錘沖擊系統(tǒng)或落錘沖擊系統(tǒng)等。
[0010]優(yōu)選地，所述高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)由高速攝像機和激光光通量位移計組成，通過高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)發(fā)出激光，透過試樣內(nèi)部的預制裂隙，由所述激光光通量位移計信號接收裝置接收。所述高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)可以監(jiān)測試樣表面位移場演化、裂紋起裂、節(jié)理開度變化等信息。
[0011]上述用于沖擊荷載下深部節(jié)理巖體破裂機理的試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟:
[0012]S1、將底部墊塊放在U型底座上，試樣放置在底部墊塊上，將頂部墊塊放在試樣的頂部，通過伺服控制系統(tǒng)控制水平構(gòu)造應力加載系統(tǒng)為試樣兩側(cè)施加等應力邊界或施加位移邊界；
[0013]S2、將應變片粘貼在底部墊塊、頂部墊塊的中部，并與高速動態(tài)采集系統(tǒng)相連，得到試樣軸向的應力應變數(shù)據(jù)；
[0014]S3、將聲發(fā)射探頭粘貼在試樣表面，3個粘貼于正面且呈正三角布置，3個粘貼于背面且呈倒三角布置，實現(xiàn)三維定位，并與聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀相連，采集試驗全過程聲發(fā)射響應特征；
[0015]S4、將組裝好的試驗裝置放置在普通沖擊荷載試驗系統(tǒng)上，并使得沖擊荷載試驗系統(tǒng)直接與頂部墊塊相接觸；
[0016]S5、將高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)布置在試樣正前方，激光光通量位移計信號接收裝置布置在試樣的正后方，通過高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)發(fā)出激光，透過試樣內(nèi)部的預制裂隙，由激光光通量位移計信號接收裝置接收。
[0017]優(yōu)選地，所述沖擊荷載試驗系統(tǒng)包括但不限于霍普金森壓桿、擺錘沖擊系統(tǒng)、落錘沖擊系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]在實現(xiàn)沖擊荷載下深部節(jié)理巖體破裂機理試驗的前提下，結(jié)構(gòu)簡易、造價低廉、操作簡單;利用普通的沖擊荷載試驗系統(tǒng)結(jié)合本發(fā)明就可進行試驗;通過更換不同尺寸的加載端頭、頂?shù)撞繅|板就可研究試樣的尺寸效應;高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)的設(shè)計，可以實時監(jiān)測試樣表面裂紋擴展過程、裂隙尖端張開位移等信息;聲發(fā)射探頭的特殊布置可以實現(xiàn)立體式三維定位，為研究試樣內(nèi)部的裂紋擴展、破裂機理提供依據(jù)，高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)的結(jié)合使用大大豐富了試驗過程中獲取到的數(shù)據(jù)，對于深入研究動載對巖體的作用具有重要意義。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例用于沖擊荷載下深部節(jié)理巖體破裂機理的試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明實施例中水平構(gòu)造應力加載系統(tǒng)示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實施例中高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]如圖1-3所示，本發(fā)明實施例提供了一種用于沖擊荷載下深部節(jié)理巖體破裂機理的試驗裝置，包括水平構(gòu)造應力加載系統(tǒng)、底部墊塊5、頂部墊塊6、應變片7、高速動態(tài)采集系統(tǒng)8、聲發(fā)射探頭9、聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀10、高速攝像-節(jié)理開度一體化量測系統(tǒng)11、激光光通量位移計信號接收裝置12和沖擊荷載試驗系統(tǒng)，所述水平構(gòu)造應力加載系統(tǒng)由U型底座
1、液壓柱2、伺