[实用新型]单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置

说明书

本实用新型提供了一种单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置，单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置包括支撑平台、加载杆件系统、电磁脉冲发射系统、法向压力伺服控制加载系统、数据监测与采集系统。基于本实用新型所述试验装置，可以开展接近实际工况条件下的恒定法向压力的岩石类材料动态剪切试验研究，并且可根据试验需要，选用不同试验尺寸大小的完整岩石类试样或含单一结构面的节理岩石类试样开展应变率为10¹~10³s^‑1条件下的动态剪切力学特性和剪切破坏规律研究，从而可为岩体工程和结构工程等的设计、施工、防护以及安全性和稳定性评估提供重要的理论基础和技术支持。

技术领域

本实用新型属于固体材料或结构面动态剪切力学特性和破裂规律研究领域。更具体地说，涉及一种用于岩石、混凝土、聚合物等固体材料或结构面动态剪切强度和动态剪切破坏规律研究的单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置。

背景技术

了解并掌握固体材料，尤其是岩石和混凝土材料的剪切力学特性及其剪切破坏规律，对于建筑工程、结构工程以及岩石工程等现代大型土木工程设计、施工、运营以及安全性和稳定性评估起着十分重要的作用。目前用于测试岩石类材料剪切力学特性和破坏规律的方法主要为基于静态或准静态加载方式的恒定法向压力或刚度的直接剪切试验。事实上，在土木工程领域，工程结构不仅承受静态剪切荷载的作用，而且常常遭受动态剪切荷载(例如爆炸波和地震波)的作用而发生动态剪切失稳破坏。例如常见的岩土边坡因地震作用发生动态剪切失稳破坏而导致滑坡、泥石流等灾害产生。因此，了解并掌握岩石类材料在10¹～10³s^-1应变率作用下的动态剪切力学特性及其破坏规律则显得十分必要。目前，关于固体材料动态剪切力学特性和剪切破坏规律测试装置和方法的报道非常有限。近年来报道的基于一维霍普金森压杆系统利用同心圆柱型试样和双面切缝试样测试岩石材料动态剪切强度的方法，虽然一定程度上填补了以往岩石类材料高应变率作用下的动态剪切力学特性测试的空白，但是利用上述报道方法开展岩石类材料动态剪切力学特性测试时，存在诸多无法避免的缺陷和不足。例如，采用钻孔方式加工同心圆柱型试样的两端同心圆切缝时难以保证切缝的同心度，容易导致因加工精度不高而影响测试结果；另外，采用同心圆柱型试样开展岩石材料动态剪切强度测试时，因剪切面位于试样里面而无法利用高速摄影仪器实时观测岩石动态剪切破坏过程。而采用双面切缝试样测试岩石材料动态剪切强度虽然解决了岩石材料动态剪切破坏过程无法实时观测分析的缺陷，但是利用该方法测试时，无法实现恒定法向压力剪切，使得测试过程与真实工况相差较大，容易导致测试结果偏大。此外，采用上述两种方式进行测试时，所用岩石材料的尺寸都较小，通常试样等效直径均小于或等于50mm，难以采用尺寸较大岩石试样或者含有节理面的岩石试样开展动态剪切力学特性与剪切破坏规律研究。因此，现有技术还有待改进。

实用新型内容

实用新型目的：为解决现有实验装置及测试方法无法开展接近于实际情况下的较大尺度(例如试样长×宽＝150mm*100mm)岩石类材料在高应变率(10¹～10³s^-1)加载条件下的动态剪切力学特性和剪切破坏规律研究的技术难题，本实用新型提出一种单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置和测试方法，可以有效弥补基于现有霍普金森压杆开展的岩石动态剪切实验研究的缺陷。基于本实用新型所述试验装置，可以开展接近实际工况条件下的恒定法向压力的岩石类材料动态剪切试验研究，并且可根据试验需要，选用不同试验尺寸大小的完整岩石类试样或含单一结构面的节理岩石类试样开展应变率为10¹～10³s^-1条件下的动态剪切力学特性和剪切破坏规律研究，从而可为岩体工程和结构工程等的设计、施工、防护以及安全性和稳定性评估提供重要的理论基础和技术支持。

实用新型技术方案：单轴双向同步控制电磁加载动态剪切试验装置包括支撑平台、加载杆件系统、电磁脉冲发射系统、法向压力伺服控制加载系统、数据监测与采集系统。