[实用新型]用于岩体应力波传播测试的霍普金森岩石杆装置

说明书

本实用新型公开一种用于岩体应力波传播测试的霍普金森岩石杆装置，装置包括发射系统、实验杆系统和数据采集处理系统，实验杆系统由依次设置的入射钢杆、入射岩石杆、透射岩石杆和吸收岩石杆组成，发射系统由气缸、炮筒和撞击杆组成，撞击杆设置于炮筒内部，所述入射钢杆、入射岩石杆和透射岩石杆上分别设置有入射钢杆应变片、入射岩石杆应变片和透射岩石杆应变片；入射钢杆应变片、入射岩石杆应变片和透射岩石杆应变片均与数据采集处理系统相连接。本实用新型可为岩体工程的设计、防护以及安全性和稳定性评估提供重要的理论和技术支持。

技术领域

本实用新型属于岩石动力学与应力波传播研究领域。具体涉及一种用于岩体中应力波传播和衰减规律研究的霍普金森岩石杆实验装置。

背景技术

针对地震频繁发生、工程钻爆开挖以及采矿诱发矿震等自然和人类活动，岩体的动力特性已成为研究的热点，被认为是研究工程岩体安全性和稳定性的关键科学问题之一。

分离式霍普金森压杆是用于研究材料动态力学特性的重要实验装置，现已广泛应用于岩石动力学特性的实验研究中。它的组成包括发射系统，实验杆系统和数据采集与处理系统。其测试思想是发射系统激发的应力波在实验杆中传播时兼具加载和测试的作用，依据实验杆中波传播的信息对试样两端面的应力-位移-时间关系进行解析，从而获取试样的动态响应特征，例如动态应力-应变关系。

岩体的动态力学特性根据研究的侧重点不同，可以分为2类：一是动载荷作用下岩石材料的动态响应问题，该研究的开展常选用长径比为1的试样(通常岩石试样的直径≤50mm)，国内外学者借助一维霍普金森杆、常规三轴霍普金森杆等开展了大量的实验研究；二是岩体中应力波传播和衰减的问题，该研究着重关注应力波随空间距离的传播和衰减规律，通常需要在长径比大于30的长试件上沿应力波传播方向布置多个测点开展相关实验研究。然而，由于长径比大于30的圆柱状岩石杆的制备难度较大，基于霍普金森岩石杆开展的有关岩体中应力波传播和衰减特性的实验研究鲜有报道，导致岩体中应力波传播和衰减特性的研究主要通过现场试验测试开展。现场试验虽然能够提供直接的岩体中应力波传播和衰减特性的结果，但是现场试验研究往往存在场地选取不方便，测试费用高，试验结果难以重复实现的缺陷。因此，十分有必要构建霍普金森岩石杆装置用于开展岩体中应力波传播和衰减规律的室内可重复实验研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种安装方便、操作简易、试验可控、结果可重复的用于岩体应力波传播测试的霍普金森岩石杆装置，本实用新型不仅能弥补现有岩体中应力波传播实验研究方法的缺陷，更能为岩体工程的设计、防护以及安全性和稳定性评估提供重要的理论和技术支持。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于岩体应力波传播测试的霍普金森岩石杆装置，包括发射系统、实验杆系统和数据采集处理系统，实验杆系统由依次设置的入射钢杆、入射岩石杆、透射岩石杆和吸收岩石杆组成，所述发射系统由气缸、炮筒和撞击杆组成，所述撞击杆设置于炮筒内部，所述入射钢杆、入射岩石杆和透射岩石杆上分别设置有入射钢杆应变片、入射岩石杆应变片和透射岩石杆应变片；所述入射钢杆应变片、入射岩石杆应变片和透射岩石杆应变片均与数据采集处理系统相连接；实验时，发射系统内的压缩气体推动撞击杆撞击入射钢杆端部产生应力波；应力波通过入射钢杆传递至入射岩石杆产生入射应力波，入射应力波传播至入射岩石杆和透射岩石杆的界面将发生透反射，一部分入射应力波反射进入入射岩石杆形成反射拉伸波，并沿远离透射岩石杆方向传播，剩余入射应力波传递至透射岩石杆上成为透射应力波，继续向前传播并被吸收岩石杆吸收；入射钢杆应变片、入射岩石杆应变片和透射岩石杆应变片对入射应力波信号、反射应力波信号和透射应力波信号进行实时测量并传输至数据采集处理系统。

进一步的，所述数据采集处理系统由超动态应变仪和示波器组成。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：