[发明专利]一种简易式落锤冲击试验围压加载装置及实验方法

说明书

本发明涉及岩石动力学实验领域，具体为一种简易式落锤冲击试验围压加载装置及实验方法，拟解决岩石落锤冲击试验中因难以施加围压不能真实模拟岩石所处三向受力状态造成的试验结果不能如实反映岩石动力学特性的问题。所述实验装置包括x向围压加载装置、y向围压加载装置及z向围压加载装置，x方向、y方向利用弹簧弹性变形对岩石试样施加围压，z方向利用液压千斤顶对岩石试样围压。本发明提供的一种简易式落锤冲击试验围压加载装置可在x方向、y方向及z方向产生精确、均匀且互不干扰的围压，可准确模拟工程岩体真实受力工况，同时试样拆卸方便，易于维护，能有效提高岩石动力学实验精度，缩小实验规模。

技术领域

本发明涉及岩石动力学实验领域，具体为一种简易式落锤冲击试验围压加载装置及实验方法。

背景技术

工程岩体在现实中，常受到动载荷作用，岩石的动载特性研究具有重要意义。目前，对于工程岩体的动力学特性多采用SHPB、落锤冲击试验机进行研究，其中落锤冲击试验机结构简单获得了广泛应用。但工程岩体在受到动载扰动时，处于三向受力状态。而岩石的落锤冲击试验多未施加围压，未能反映真实受力情况，所获得动力学实验结果与其真实特性存在出入。

基于上述，要想获得工程岩体真实的动力学参数与特性，实验设备应能反映真实受力情况，即在受到动载作用时，岩石也应同时处于静载受压状态。而目前，应用于岩石冲击试验的围压加压装置，多采用液压油进行围压施加，而采用油压难以控制三向围压，只能实现假三轴加压，且在长时间使用后，易出现油缸密封不严，液压油泄露的问题，例如CN107966371A公布的一种便携式自密封岩石SHPB试验围压加压装置中，施加高达100MPa的围压，但因其采用圆形试样，将试样密封在舱体中，无法在x方向与y方向上产生不同围压，且在长时间使用后，橡胶皮套易出现老化，造成液压油泄露。而应用于岩石静力学试验的三轴应力加载装置普遍较为大型，价格较高，且结构复杂，例如CN203117046U所公布的一种三向刚性加载岩石真三轴仪，其围压施加装置包括三轴应力盒、岩石试样封装油缸和伺服刚性加载系统等，从现有装备改装较为复杂，且难以施加低围压。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是：提供一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，该设备结构简单，能够简化围压施加装置，解决目前围压施加装置体积大、结构复杂、价格高等问题，并能较好的应用于低应力条件。同时提供该装置的实验方法，使其在岩石动力学实验中，能准确模拟岩石所处的三向真实受力情况，从而获得岩石受动载扰动时的真实特性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，包括x向围压加载装置、y向围压加载装置和z向围压加载装置；

所述x向围压加载装置包括由x向内钢板、x向外钢板、x向固定支架组成的x向试样约束装置，以及由螺母、弹簧、螺杆和滑轨组成的x向围压施加装置；所述x向固定支架与滑轨采用螺钉固定于实验台上，x向内钢板布置于滑轨上并可沿x轴方向滑动，所述弹簧一端焊接在x向外钢板上，x向固定支架与x向内钢板、x向外钢板上设置相对应的钻孔，所述螺杆穿过所述钻孔，并在螺杆两端拧上螺母，即安装完毕，实验时，通过旋紧螺杆上螺母，来控制弹簧压缩位移，再根据胡克定律，确定x方向围压值；

所述y向围压加载装置包括由y向内钢板、y向外钢板、y向固定支架组成的y方向试样约束装置，以及由螺母、弹簧、螺杆和滑轨组成的y方向围压施加装置，所述y方向围压加载装置安装方法与x方向围压加载装置相同，实验时，同样通过拧动螺杆上螺母，从而压缩弹簧，产生y方向围压；

所述z向围压加载装置包括上部垫板、下层垫板、轴向加载千斤顶和底层基座，所述底层基座置于实验台上，轴向加载千斤顶布置于底层基座上，在轴向加载千斤顶上部布置下层垫板，上接岩石试样，在岩石试样上部布置上层垫板，用于传递冲击力矩与约束试样z方向位移，实验时，通过千斤顶的升降，来施加z向围压。