[发明专利]适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法

说明书

本发明公开了适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法，所述装置包括三对同轴布置的霍普金森压杆组件以及固定于三对霍普金森压杆组件中间的岩石试样模型，每对霍普金森压杆组件包括入射杆、透射杆，透射杆一端与岩石试样模型接触，另一端固定，入射杆一端与岩石试样模型接触，另一端与瞬态卸荷装置接触；入射杆、透射杆上设置有数据采集组件；瞬态卸荷装置一侧的带滑轮的传力钢板外部与入射杆抵接，另一侧的带滑轮的传力钢板外部与加载装置抵接。本发明可以通过真三维霍普金森压杆可以实现岩石试样模型在三轴方向上不同荷载条件下的瞬态卸荷，从而实现对深部高地应力状态下岩体瞬态卸荷过程的模拟。

技术领域

本发明涉及岩体力学试验技术领域，具体地指一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法。

背景技术

由于深部地下岩体往往存有较高的地应力和应变能，在深部地下工程开挖爆破过程中，处于高地应力状态下的岩体开挖爆破的过程实际上是一个快速卸荷的过程，伴随开挖爆破，岩体破碎并形成新的开挖面，开挖爆破改变了岩体位移边界条件和应力状态，导致开挖边界上岩体地应力及应变能随岩体的爆破破碎瞬间释放，该过程为一瞬态卸荷力学过程，使得开挖面附近围岩应力迅速调整并在围岩中激发应力波。

目前，国内研究学者对高地应力岩体开挖爆破引起的变形等问题的分析和研究方法主要为理论分析和数值计算。理论分析过程涉及到损伤力学、弹性波理论等学科，分析难度较为复杂；而数值计算对岩体工程参数有较强依赖性，需要大量时间进行实验采取岩石参数，所需成本较高；此外，以往研究开挖卸荷的方法难以对卸荷过程产生的应力应变状态进行分析，而现有的模拟开挖卸荷的实验装置大多存在卸荷速率较慢，无法对实验模型所受荷载进行快速卸除，导致实验模拟结果与工程实际存在较大差距。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提出一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置及方法，可以实现深部岩体在三维应力状态下瞬态卸荷的模拟，对研究高地应力条件下岩体瞬态卸荷过程的应力应变状况具有积极的意义。

为实现上述目的，本发明所设计的一种适用于真三轴霍普金森压杆的瞬态卸荷试验装置，包括三对同轴布置的霍普金森压杆组件以及固定于三对霍普金森压杆组件中间的岩石试样模型，每对霍普金森压杆组件包括入射杆、透射杆，所述透射杆一端与岩石试样模型接触，另一端固定，所述入射杆一端与岩石试样模型接触，另一端与瞬态卸荷装置接触；所述入射杆、透射杆上设置有数据采集组件；其特殊之处在于，

所述瞬态卸荷装置设置于固定支座上，包括竖直布置于固定支座中部的滑块导轨平台和平行布置于滑块导轨平台上下两端的固定钢板，所述滑块导轨平台的中部上方设置有脆性方块，所述脆性方块内设置有炸药；

所述脆性方块的上下两端分别与一个方形铁滑块抵接，所述方形铁滑块通过底部滑槽嵌置在设置于滑块导轨平台上的滑块导轨上，所述方形铁滑块的一端与脆性方块抵接，另一端通过弹簧与固定钢板连接；

两个所述方形铁滑块的左右两侧分别与一个铰链螺杆的一端抵接，所述铰链螺杆的另一端通过铰链轴承与带滑轮的传力钢板连接；

所述带滑轮的传力钢板的上下两端设有滑轮，所述滑轮分别嵌置于固定钢板对应位置的滑道中，中部由铰链螺杆支撑的所述带滑轮的传力钢板与固定钢板形成矩形框架；

所述瞬态卸荷装置一侧的带滑轮的传力钢板外部与入射杆抵接，另一侧的带滑轮的传力钢板外部与加载装置抵接。

进一步地，所述脆性方块中部设有一端开口的腔室，腔室内设置有炸药，所述炸药通过引爆导线与起爆控制器连接。

更进一步地，所述加载装置包括固定钢框和固定钢框内腔中的液压千斤顶，所述固定钢框的外侧通过传力板与带滑轮的传力钢板抵接，所述液压千斤顶通过液压导管、压力表与液压控制站连接。