[发明专利]巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统与方法

权利要求书

1.巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统，其特征是，包括：

反力密封系统，其所形成的高压气体密封空间内布置有试验模型，被配置为提供加载的反力，并对试验模型高压气体充填保压及真三维地应力加载条件下巷道掘进；

所述反力密封系统作为试验系统的主体结构，分别安装有动静复合加载油缸、动载施加系统及声发射监测系统；

所述动静复合加载油缸，被配置为实现试验模型表面真三维多应变率动静荷载耦合施加及围岩弹性能快速释放模拟；所述动静复合加载油缸由缸体、中空活塞、补压活塞、冲击杆组成，所述中空活塞和所述补压活塞将所述缸体空间分为回程腔、油压腔及储能腔；所述动静复合加载油缸的冲击杆穿过中空活塞，贯穿整个所述动静复合加载油缸，在外部对所述冲击杆施加多种应变率的扰动荷载，进而传递于试验模型，实现动静耦合加载；

所述动载施加系统，被配置为将多应变率扰动荷载定量施加于所述动静复合加载油缸；

所述声发射监测系统，被配置为实现试验模型内部的三维声发射信号无损引出及获取；所述声发射监测系统由声发射探头、信号探针、安装法兰、螺栓、密封圈组成，信号探针穿过所述反力密封系统进入试验模型，所述信号探针与所述反力密封系统之间布置所述密封圈，实现气密封；所述信号探针通过所述安装法兰、所述密封圈及所述螺栓密封安装于所述反力密封系统，实现了试验模型内部的声发射信号无损引出。

2.如权利要求1所述的巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统，其特征是，所述动静复合加载油缸内设置有多道密封圈，隔离各腔室，实现动态密封；

所述回程腔通过液压油将中空活塞调整至指定位置。

3.如权利要求1所述的巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统，其特征是，所述油压腔内充入高压油，油压经所述中空活塞传递于试验模型；

所述储能腔内充入高压气体，高压气体经高压油进一步压缩可存储气体膨胀能，当试验模型破碎后，承载迅速下降，高压气体快速膨胀做功，通过所述补压活塞作用于所述油压腔，进而传递于试验模型，模拟弹性区围岩弹性能快速释放的过程。

4.如权利要求1所述的巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统，其特征是，所述动载施加系统包括动载框架、重锤、摆锤、重锤提升机构、摆锤抬升机构、霍普金森杆，所述动载框架为所述动载施加系统的主体结构，其余各机构均安装于所述动载框架；

所述动载框架安装于所述反力密封系统外围，所述动载框架上设置滑移装置，实现所述动载框架滑移。

5.如权利要求4所述的巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统，其特征是，所述重锤、所述摆锤和所述霍普金森杆均可对所述动静复合加载油缸施加扰动荷载，所述重锤提升机构将所述重锤提升至指定高度，所述摆锤抬升机构将摆锤抬升至指定高度，从而实现扰动荷载的定量施加。

6.如权利要求1所述的巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统，其特征是，所述信号探针为不锈钢密实材质，方便声发射信号无损传递。

7.如权利要求1所述的巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统，其特征是，所述声发射信号检测系统试验过程中布置于所述反力密封系统的多个面上，不同监测点形成三维空间，实现模型内部的声发射信号三维获取，进而可分析形成试验模型内部三维裂隙场。

8.一种如权利要求1-7所述巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统的试验方法，其特征是，包括：

试验时，首先向所述回程腔内充入液压油，使所述中空活塞运动至指定位置，然后向所述储能腔内充入高压气体，然后再向所述油压腔内充入高压油，高压油的油压可作用于所述中空活塞，进而向外传递于所述反力密封系统内部的推力板，高压油的油压可对所述储能 腔内的气体进一步压缩，提高气体积蓄的膨胀能；

在所述动静复合加载油缸外部，通过动载施加系统对所述冲击杆施加多种应变率的扰动荷载，并通过所述冲击杆传递于所述推力板，实现多应变率的动静耦合加载；

试验模型在动静耦合加载作用下发生破坏后，储能 腔内的高压气体可迅速膨胀对所述补压活塞做功，进而将压力传递于所述油压腔及所述中空活塞，从而模拟地下工程弹性区围岩弹性能快速释放的过程。