[发明专利]一种用于测试含空腔岩体承载力和能量耗散规律的方法

说明书

本发明属于岩体力学性能测试技术领域，公开了一种用于测试含空腔岩体承载力和能量耗散规律的方法，开展含空腔岩体试样的动力学试验，获取在不同围压作用下试样的入射波、反射波和透射波信号；根据试样两端作用力大小计算含空腔岩石的承载力大小；根据能量计算原理，分析用于岩石破碎的耗散能分布规律；建立围压、空腔形式、冲击荷载与含空腔岩体试样承载力、耗散能间的定量表达式；优化地下岩石工程爆破掏槽方案设计，反演不同应力作用下辅助眼炸药单耗。本发明利用分离式霍普金森杆实验系统施加冲击荷载，分析含空腔岩体的承载力、能量耗散规律和破坏特征，揭示空腔形式及围压对岩体能量耗散和损伤破坏的影响机理。

技术领域

本发明属于岩体力学性能测试技术领域，尤其涉及一种用于测试含空腔岩体承载力和能量耗散规律的方法。

背景技术

目前，由于钻爆法的灵活性高，成本低，在地下工程开挖中常被采用，包括矿产资源开采的井巷工程、地下交通隧道、水电工程的地下硐室等。随着浅部资源的日益减少以及人类地下活动空间的逐渐拓展，国内外许多地下工程已进入深部。目前，采用钻爆法开挖深部井巷工程时，爆破参数设计未充分考虑深部地应力及掏槽形式的协同作用，往往造成炮孔利用率低、掘进速度慢和成形质量差等问题。因此，需对深部地下工程爆破效果开展研究。

工程爆破中，根据炮眼的分布可以将工程爆破细分为掏槽爆破、辅助爆破和周边爆破；其中，掏槽爆破是地下工程爆破掘进速度的关键影响因素，掏槽质量直接影响后续岩体的爆破效果。常用的掏槽爆破方式有直眼掏槽、斜眼掏槽、楔直复合掏槽、大直径空孔掏槽等。掏槽方式的选择与岩体的赋存环境密切相关，目前对复杂环境下掏槽爆破技术研究尚不够科学系统，工程设计中多以经验法为主，针对性不强，科学性不足。同时，目前工程爆破掏槽设计多基于经验法，缺乏科学理论的指导，造成爆破效果差，掘进进尺低。

因此，非常有必要发展用于测试强动荷载作用下含空腔岩体承载力及耗散能的试验技术和方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)目前采用钻爆法开挖深部井巷工程时，往往会造成炮孔利用率低、掘进速度慢和成形质量差等问题。

(2)目前对复杂环境下掏槽爆破技术研究尚不够科学系统，工程设计中多以经验法为主，针对性不强，科学性不足。

(3)目前工程爆破掏槽设计多基于经验法，缺乏科学理论的指导，造成爆破效果差，掘进进尺低。

解决以上问题及缺陷的难度为：由于炸药爆炸过程的瞬态性和复杂性，工程爆破的隐蔽性，使得炸药爆炸后释放的能量难以测量，用于岩体破裂的有效能量更无法量化，目前尚无有效的方法或技术对破碎岩体所需能量进行精确测量，工程爆破设计多以经验法和半经验法为主。解决以上问题及缺陷的意义为：本发明利用分离式霍普金森杆的高加载率特性，以及对能量的可靠计算方法，对工程爆破问题进行简化，采用含空腔岩体模拟掏槽形式，利用分离式霍普金森杆实验系统施加动态荷载，获取高加载率下含空腔岩体试样的动力学特性及能量耗散规律，研究成果可为深部地下工程掘进爆破机理研究、优化方案设计提供科学依据。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于测试含空腔岩体承载力和能量耗散规律的方法。

本发明是这样实现的，一种用于测试含空腔岩体承载力和能量耗散规律的方法，所述用于测试含空腔岩体承载力和能量耗散规律的方法包括以下步骤：

所述用于测试含空腔岩体承载力和能量耗散规律的方法主要通过以下步骤实现，首先在圆柱形中预制不同形状的空腔，随后将含空腔岩体放入围压装置内，对试样施加主动围压后开展动力学试验，获得试验中的弹性杆应变信号，其次，根据应力波理论和冲击动力学，分别计算试样的承载力和耗散能，建立含空腔岩体动力学特性与应力环境、空腔形式的定量关系；再次，采用多种测试手段，分析加载后试样的宏细观破坏特征，结合数字图像处理方法，量化岩体试样内部裂纹分布；最后，基于测试结果，优化工程爆破的掏槽方案及单耗设计。具体包括以下步骤：