[发明专利]一种岩石类固体材料动静组合拉剪实验装置及测试方法

说明书

本发明提供了一种岩石类固体材料动静组合拉剪实验装置及测试方法，所述装置包括：静态加载电液伺服控制油缸底座、静态加载电液伺服控制油缸、活塞杆、加载框、电磁应力脉冲发射器底座、电磁应力脉冲发射器、法兰环及加载杆、伺服控制油缸、伺服控制油缸活塞杆、固定钉、拉力腔、滚珠及受力槽。本发明通过设置拉剪模具实现法向拉应力及轴向静态剪应力作用下岩石类固体材料动态剪切力学响应研究，拉力腔与受力槽间设置滚珠使其能够发生轴向相对位移，以减少剪切位移导致的偏心拉应力，解决了因剪切位移增加导致的拉应力偏心对试验结果产生影响，使得本发明下岩石类固体材料动态拉剪力学测试更加接近真实情况，对工程实践具有重要的科学价值和实际意义。

技术领域

本发明涉及动静组合拉剪实验装置，尤其涉及岩石和混凝土等岩石类固体材料动静组合拉剪实验技术领域。

背景技术

在机械开挖破岩及爆破等工程动力扰动作用下，围岩力学响应及破坏规律往往会发生一系列不利于工程安全的变化，为保证地下工程设计合理、施工安全以及长期稳定运营，必须对围岩在各种荷载作用下的动力学响应规律进行研究。而矿山采空区顶板及岩质边坡等岩体常受到拉剪荷载的作用，很大程度上削弱了岩石强度，对工程安全造成威胁。因此，掌握岩石类固体材料在动静组合拉剪荷载作用下的动态力学响应对工程设计、施工以及运营具有十分重要的作用。

目前，由于缺少可以开展动静组合剪切研究的实验装置，关于岩石等固体材料的动态剪切试验研究受到限制。近年来，虽然有学者在岩石拉剪试验方面进行了试验设备和方法的研究，例如，有学者提供了一种能够在压剪试验机上使用的岩石拉剪试验装置及方法(CN106066277B)，可以开展法向拉应力作用下的静态剪切试验，但该试验装置仅能开展静态范围下的岩石试样拉剪试验，而不能满足工程动力扰动所包含的应变率范围，并且该试验装置没有考虑剪切过程中由于剪切位移导致的拉力偏心问题。

因此，需要对现有用于开展拉剪实验的试验装置及方法进行创新改进，以解决现有技术难点。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种岩石类固体材料动静组合拉剪实验装置及测试方法，用于解决偏心拉力对动态拉剪实验结构的影响以及破解现有实验装置无法开展岩石类固体材料在法向静态拉应力条件下的动静组合剪切力学响应试验研究的难题。为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种岩石类固体材料动静组合拉剪实验装置，以测试试样为中心，左右两侧动态剪切加载机构布置于支撑平台上，上下两侧拉力加载构件垂直于支撑平台设置在试样上下两面；

右侧加载杆左端面与试样右表面上半部分紧密贴合，右侧静态剪切加载时，右侧电液伺服控制油缸对右侧活塞杆施加伺服应力，静态应力依次通过右侧活塞杆、右侧加载框、右侧法兰环及右侧加载杆施加于试样，右侧动态剪切加载时，应力波由右侧电磁应力脉冲发生器激发并从其左端面输出，经右侧加载杆传递加载于试样；

左侧加载杆右端面与试样左表面下半部分紧密贴合，左侧静态剪切加载时，左侧电液伺服控制油缸对左侧活塞杆施加伺服应力，静态应力依次通过左侧活塞杆、左侧加载框、左侧法兰环及左侧加载杆施加于试样，左侧动态剪切加载机构加载时，应力波由左侧电磁应力脉冲发生器激发并从其右端面输出，经左侧加载杆传递加载于试样；

上方法向拉力加载机构包括上伺服控制油缸、上伺服控制油缸活塞杆、上拉力腔、上受力槽及滚珠，其中上伺服控制油缸活塞杆与上拉力腔固定连接，上受力槽通过侧面滑动安装入上拉力腔，且通过滚珠使得二者能够沿轴向自由相对滑动；上方法向拉力施加时，荷载由上伺服控制油缸提供，上方荷载通过上伺服控制油缸活塞杆、固定钉传递到上拉力腔后，通过滚珠施加到上受力槽两翼，上受力槽底面与试样上表面固定连接，从而对试样上表面施加目标拉力荷载；