[发明专利]一种静压岩石冲击漏斗破坏实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于岩石力学领域，尤其是涉及一种静压岩石冲击漏斗破坏实验装置及方法。

背景技术

随着人们对资源需求量的增加，矿山开采强度逐步加大，浅部资源日益减少，国内外矿山都已相继进入深部资源开采状态。深部矿山开采过程中，岩体在地应力与爆炸等冲击载荷的共同作用下发生破坏，地应力将会影响到矿石开采或巷道掘进效率。因此需要研究初始应力下的岩石冲击破坏问题。

目前，用于岩石冲击动力学研究的加载手段主要包括炸药以及霍普金森杆装置。其中，炸药可用于现场深部岩体爆破实验以及初始应力下实验室模型爆破实验。现场爆破实验环境复杂，实验周期长，成本高，不同场地地质条件存在差异，初始应力变化大，可重复性差；实验室模型实验多采用相似材料制作相应的块体模型，在模型上钻孔、埋入炸药、填塞，施加静载荷之后引爆炸药进行加载。然而，采用炸药作为冲击载荷存在一定的安全问题，且炸药不易获取，增加了现场实验和实验室模型爆破实验实施的难度。霍普金森杆装置主要用于材料动态压缩强度、动态拉伸强度等动态力学性能测试，目前已有研究人员考虑深部岩体受力状态，对霍普金森杆装置进行了相应改造。例如，公开号：CN1731133A公开日期：2006.2.8发明名称为“动静组合加载岩石力学实验方法与装置”。值得注意的是该装置主要用于动静组合加载条件下岩石动态力学参数测试。而深部矿山开采设计过程中，还应考虑地应力对岩石冲击破坏范围和破坏形态的影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种静压岩石冲击漏斗破坏实验装置及方法，通过静压加载装置和动压加载装置分别对岩石试件进行实验，并且可以在进行动压加载实验的同时对岩石试件进行静压加载，解决了现有技术中存在的安全性能低、实验范围不全面，不能很好的模拟真实情况的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种静压岩石冲击漏斗破坏实验装置方法，其步骤为：

1）、调整动压加载装置气压及撞击杆在炮管中的位置，确保实验所需冲击速度；

2）、使用压力机对液压千斤顶及液压泵进行校对，将压力表上的读数与压力机上的负荷对应，确定液压千斤顶的准确输出载荷；

3）、组装静压加载装置，将岩石试件放置在下侧传力板上；

4）、调整动压加载装置与静压加载装置的相对位置，使动压加载装置中的变截面冲头插入岩石试件预制圆孔的孔底；

5）、利用动压加载装置与静压加载装置，对岩石试件进行静压下的动压加载实验。

步骤5）中具体实验方法如下：

5a）、当进行单向静压加载装置实验时：启动下侧液压泵，对岩石试件施加指定大小静载荷；

5b）、当进行双向静压加载装置实验时：启动下侧液压泵与右液压泵，对岩石试件施加指定大小静载荷；

5c）、启动动压加载装置，通过撞击杆对入射杆进行施力撞击，从而对岩石试件进行冲击加载，同时使用数据采集处理系统采集应变片的应力波形。

采用静压加载装置进行静压加载，所述的静压加载装置中包括有刚性框架；上侧传力板、左侧传力板、下侧传力板和右侧传力板围绕组成框型结构，其中上侧传力板和左侧传力板通过定位销连接刚性框架，右侧传力板及连接在右侧传力板外侧的右侧液压千斤顶设置在千斤顶支座上，下侧传力板设置在下侧液压千斤顶上；右侧液压泵通过输油管连接右侧液压千斤顶，下侧液压泵通过输油管连接下侧液压千斤顶，在右侧液压泵与下侧液压泵上还设置有压力表。

所述的静压加载装置中刚性框架放置在支撑平台上，在支撑平台的下表面上还设置有高度调节螺栓。

所述的千斤顶支座通过定位销固定在刚性框架上，下侧液压千斤顶设置在刚性框架上。

所述的刚性框架由下部框架结构、中部左右两个框架结构和上部框架结构通过紧固螺栓连接组成。

采用动压加载装置进行动压加载，所述的动压加载装置包括有入射杆，入射杆上贴有应变片，入射杆的前端设置有变截面冲头,变截面冲头上套有橡胶圈。

所述的变截面冲头由两个连接在一起的圆柱体组成，前端圆柱体直径小于后端圆柱体直径，后端圆柱体与入射杆连接，前端圆柱体插入岩石试件上的预制圆孔内。

所述的变截面冲头的前端与岩石试件接触处套有制动钢板，制动钢板中间的圆孔孔径与变截面冲头前端截面直径适配。

本发明的有益效果在于：本发明通过上述结构和方法，设置有静压加载装置和动压加载装置，对岩石试件进行实验，有益效果如下：