[发明专利]一种用于高水压破岩试验的霍普金森压杆装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种用于高水压破岩试验的霍普金森压杆装置及使用方法，包括分离式霍普金森压杆和高水压破岩试验组件，高水压破岩试验组件设置在分离式霍普金森压杆的入射杆与透射杆之间，所述高水压破岩试验组件包括试件、封压机构、高水压注水机构和封闭试验机构，试验时，封压机构安装在试件内，封压机构安装在封闭试验机构内，高水压注水机构通过注水导管与封压机构连接；本装置通过在传统单轴一维分离式霍普金森压杆试验装置的基础之上，对封压机构、试件和封闭试验机构进行改造，使之能够实现岩石试件在静态高压水作用下的动态破碎试验，具有结构设计合理，使用方便简单的特点。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验设备技术领域，具体涉及一种用于高水压破岩试验的霍普金森压杆试验装置及使用方法。

背景技术

采用静态高压水作用于经钻孔岩石的内部，使之达到或超过其强度极限而产生破坏，这种在高速动态作用下破碎岩石的方法称为高水压破岩；此种破岩方法由于采用纯物理方法破岩，在此过程中，并无其他化学材料的加入，因此使得破岩后得到的岩层岩理性质不会发生变化，不会影响使用时的岩层岩理性质的要求，因此得以广泛使用；

在名称为“高水压破岩装置”的专利（专利号：86209430.5）公开了一种对任意形状岩石孔口直接一次性实现高封压的装置，该装置实现了在采掘现场的高水压破岩和二次破岩，但是，由于试验设备及加载条件的限制，开展高水压破岩的室内试验研究存在诸多的难点；而分离式霍普金森压杆试验装置是实现岩石类材料冲击力学性能研究的重要试验设备，自问世以来，已经在岩石的冲击压缩、动态拉伸等领域取得了一系列的研究成果；

但是，在目前，采用分离式霍普金森压杆试验装置进行岩石在高水压环境下的破碎力学试验研究目前尚未见到报道。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种用于高水压破岩试验的霍普金森压杆试验装置及使用方法，通过在传统单轴一维分离式霍普金森压杆试验装置的基础之上，对封压机构、试件和封闭试验机构进行改造，使之能够实现岩石试件在静态高压水作用下的动态破碎试验，具有结构设计合理，使用方便简单的特点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于高水压破岩试验的霍普金森压杆装置，包括分离式霍普金森压杆和高水压破岩试验组件，高水压破岩试验组件设置在分离式霍普金森压杆的入射杆与透射杆之间，所述高水压破岩试验组件包括试件、封压机构、高水压注水机构和封闭试验机构，试验时，封压机构安装在试件内，试件安装在封闭试验机构内，高水压注水机构通过注水导管与封压机构连接。

优选的，所述的封压机构包括活塞杆、封压套筒、橡胶圈和封压顶针，活塞杆包括一体成形的圆形底座和长杆，长杆的直径与分离式霍普金森压杆中入射杆的直径匹配，且在长杆的外表面上等分设置有圆弧形凹槽，封压套筒紧密套接在长杆上，并可沿着长杆上的圆弧形凹槽自由滑动，所述封压套筒的外表面等距分布有三个环形凹槽，每个环形凹槽上均等分设置有圆孔，圆孔与圆弧形凹槽的位置相同，所述橡胶圈内附有三个圆柱形的封压顶针，并通过封压顶针穿过圆孔将橡胶圈安装在环形凹槽内，所述封压顶针的末端卡合在圆弧形凹槽内。

优选的，所述的圆弧形凹槽靠近长杆杆端的部分深度较深，且圆弧形凹槽的深度由杆端向圆形底座方向逐渐减小。

优选的，所述的试件为圆柱形，试件内部中心位置设置有圆柱形钻孔，所述试件的直径与分离式霍普金森压杆中透射杆的直径匹配，钻孔的直径为试件直径的1/4~1/3，钻孔的深度为试件长度的2/3~3/4。

优选的，所述的圆形底座上设置有两个径向对称的第一注水孔，圆形底座的直径钻孔的直径匹配。

优选的，所述的封压套筒上还设置有两个径向对称的第二注水孔，第二注水孔与设置在圆形底座上的第一注水孔直径相同，且第一注水孔与第二注水孔错位设置。