[发明专利]用于研究爆炸应力波与运动裂纹相互作用的实验加载系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及断裂力学研究领域的爆破测试实验系统，尤其涉及一种研究爆炸应力波和运动裂纹相互作用机理的实验加载系统及方法。

背景技术

钻眼爆破技术在露天矿和深部矿井、道路建设、隧道和立井开挖中有着广泛的应用。爆破作用是一个瞬间完成的高温、高压和高速过程。绝大部分被爆介质——岩石材料是亿万年自然沉积形成的，存在不同阶次随机分布的孔隙和裂纹；在宏观上，天然岩体是非均质、非弹性、各向异性的材料。由于地质构造运动和其它应力的作用，天然岩体被各种地质结构面—节理、裂隙、断层所切割。由于岩体中存在大量的地质缺陷，如裂纹、断裂面、节理、断层、孔洞等，岩石在爆炸荷载作用下表现出复杂的物理力学过程，从而使这一问题的研究变得异常复杂和困难。

近几年来，随着科学技术的不断进步，科研工作者通过先进的实验设备如高速摄影仪等对爆破瞬间岩体所产生的各种现象如应变、应力、破裂等的观测，对岩石的爆破破坏机理的研究取得了一定的成果，对实际工程应用具有一定指导意义和实用价值。但是岩体中赋存着大量裂隙和弱面，因而在工程爆破中常涉及爆炸应力波与这些间断面的作用。由于火工品的精度和延时起爆技术，必然导致部分炮孔先起爆、部分炮孔后起爆，这样就必然存在先爆炮孔产生的裂纹与后爆炮孔产生的应力波的相互作用以及爆生主裂纹相互贯通等问题。然而目前关于爆炸应力波与运动裂纹相互作用的实验和研究相对较少。因此，有必要对爆炸应力波与运动裂纹相互作用的过程和机理、应力波对运动裂纹扩展规律的影响等问题进行研究。这对于优化爆破参数、改进爆破工艺以及断裂动力学理论的发展等都具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种可研究爆炸应力波与运动裂纹相互作用的爆炸加载实验系统。该系统能在实验试件裂纹扩展的过程中对试件施加爆炸荷载，使爆炸应力波作用于运动裂纹，同时可以利用延时起爆技术控制爆炸应力波作用于裂纹的时间，并且可以通过改变炸药药包装药量、药包位置、药包数量、不同药包起爆时间等因素来改变应力波强度、应力波入射角、应力波叠加效应等实验条件，从而研究不同条件下爆炸应力波与运动裂纹的作用机理。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

用于研究爆炸应力波与运动裂纹相互作用的实验加载系统，通过落锤自由下落击中冲击头，冲击头对试件施加冲击荷载，使试件起裂产生运动裂纹；在落锤与冲击头接触的瞬间，产生一个电信号，电信号通过信号线传递到自动跟踪式同步机，自动跟踪式同步机发出触发信号至多通道脉冲点火器；自动跟踪式同步机收到电信号到发出触发信号的间隔时间可以预先设置；多通道脉冲点火器接到触发信号后立即放电，在起爆线连接的起爆探针尖端放电，引爆药包中的炸药，产生爆炸应力波；所述实验加载系统在运动裂纹扩展的不同时期引爆一个或多个药包，多个药包爆破的间隔时间也可人工设置，满足不同的实验要求。

所述的实验加载系统，所述实验加载系统包括支架(14)、冲击头(1)、落锤(2)、夹具(12)、试件(13)、炸药药包(16)，支架(14)上设置横梁，冲击头(1)一端带有尖锐部，冲击头(1)穿过该横梁上的通孔，所述尖锐部与试件(13)接触；支架(14)上还设置有竖直轨道，落锤(2)与竖直轨道配合，可以沿竖直轨道向下运动对冲击头(1)进行冲击，在试样上制造运动裂纹；试件(13)上根据需要设置一到多个炮孔；夹具(12)的固定端头(11)夹在试件(13)中的炸药药包(16)两侧，将试件(13)调整到合适的位置并进行固定，保证试件(13)的稳定性和炸药药包(16)的密封性；起爆探针(10)的尖端插入炸药药包(16)，然后将炸药药包(16)插入试件(13)的炮孔中；冲击头(1)、落锤(2)通过导线及信号线连接到自动跟踪式同步机的触发靶端口，在落锤下落击中冲击头之前，信号线保持断路状态；落锤击中冲击头时，信号线与落锤、冲击头形成一条闭合通路，此时自动跟踪式同步机收到触发信号；自动跟踪式同步机接到触发信号后，经过预先设定的一段延时时间后再向多通道脉冲点火器发出脉冲信号，多通道脉冲点火器放电引爆炸药药包(16)。

所述的实验加载系统，为了增加落锤的冲击力，落锤(2)顶部固定放置一到多个砝码(3)。

所述的实验加载系统，所述的落锤和冲击头均用金属制成，在两者接触的瞬间会形成电路通路，产生电信号传递给自动跟踪式同步机。

所述的实验加载系统，炸药药包(16)高度与试件(13)厚度相同，炸药药包(16)外径与试件(13)的炮孔直径相同。