CN106404519A - 一种用于岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸试验破坏装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏试验装置，包括压杆装置和水压加载装置，该水压加载装置包括水压加载压头、圆环夹具、连接管及加压泵，圆环夹具通过支柱与固定在压杆装置上的底座相连接，水压加载压头固定在圆环夹具中，水压加载压头端面上的出水孔与侧面上的进水孔相通，水压加载压头侧面上的进水孔与加压泵通过连接管连接。实验时，首先将试件径向固定在入射杆和透射杆之间，利用轴向静压加载装置对试件施加静压，然后对试件轴向两端施加水压，并通过设有压力表的加压泵调节水压到预定值，然后通过高压气罐驱动子弹头撞击入射杆使试件破坏，最后采集数据进行处理分析。本发明能够很好地研究冲击—静力—水力耦合作用下岩石劈裂拉伸破坏动态力学特性，对评价含水岩体在动静载荷下破坏机理具有指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩石力学实验装置及实验方法，尤其涉及一种用于岩石冲击—静力—水力压耦合作用下劈裂拉伸破坏力学试验装置及实验方法。
背景技术
岩石属于各向异性材料，体现在其内部随机分布的微裂纹、空隙、节理及孔洞等缺陷上，又由于岩石抗拉强度远低于抗压强度，且水利水电工程和矿山生产的基岩结构的变形破坏往往取决于岩石的拉伸力学性能。在深部开采过程中岩石同时受到一定静应力和开采扰动甚至地震等动载荷的影响时，还会受到地下水的影响，会以水压的形式来作用于岩石。水岩耦合作用下岩体的变形、损伤破坏及稳定性已成为科研和工程领域共同关注的问题。目前，现有的室内实验只能完成在动静载荷作用下岩石劈裂拉伸破坏力学实验研究，没有考虑水压这一因素，不能开展动静载荷与水压耦合劈裂拉伸破坏力学试验装置及实验方法，已致不能更全面地了解动静载荷与水压耦合下岩石劈裂拉伸破坏力学特性及破坏形态。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏试验装置及实验方法，解决现有技术中不能开展的冲击—静力—水力耦合作用下岩石劈裂拉伸破坏力学试验，不能深入了解冲击—静力—水力耦合下岩石劈裂拉伸破坏力学特性及破坏形态的技术问题。
本发明所采用的技术方案是：一种用于岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏试验装置，包括压杆装置，该压杆装置包括高气压罐、子弹头、入射杆、应变片、数据采集仪、透射杆及轴向静压加载装置，所述实验装置包括水压加载装置，该水压加载装置包括水压加载压头、圆环夹具、连接管及加压泵，所述圆环夹具通过支柱与固定在压杆装置上的底座相连接，水压加载压头固定在圆环夹具中，水压加载压头端面上的出水孔与侧面上的进水孔相通，水压加载压头侧面上的进水孔与加压泵通过连接管连接。
作为优选，所述加压泵上设置有压力表。
作为优选，所述的支柱焊接在底座上，圆环夹具与支柱通过焊接连接。
一种基于上述实验装置的岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏力学实验方法，其步骤如下：
首先将试件径向固定在入射杆和透射杆之间，利用轴向静压加载装置对试件施加静压，然后对试件轴向两端施加水压，并通过设有压力表的加压泵调节水压到预定值，然后通过高压气罐驱动子弹头撞击入射杆使试件破坏，最后采集数据进行处理分析。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明通过轴向静压加载装置对试件径向施加静压，通过水压加载装置对试件轴向两端施加预定水压值，同时通过高压气罐驱动子弹头撞击入射杆，完成对试件施加动载荷，在室内实验能很好地研究动静载荷与水压作用下岩石劈裂拉伸破坏动态力学特性及破坏形态，对评价含水岩体在动静载荷下破坏机理具有一定的指导意义。同时本发明中的实验装置结构简单，易操作、实验效果好及能重复使用，节能环保。
附图说明
图1为本发明岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏试验装置结构示意图。
图2为本发明水压加载装置主视图。
图3为本发明圆环夹具左视图。
图中：1、试件；2、子弹头；3、入射杆；4、透射杆；5、高压气罐；6、应变片；7、数据采集仪；8、轴向静压加载装置；9、水压加载压头；10、圆环夹具；11、连接管；12、设有压力表的加压泵；13、支柱；14、螺栓；15、底座；16、出水孔；17、进水孔；18、连接管接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1、2、3所示，一种用于岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏力学实验装置包括：底座15、霍普金森压杆装置和水压加载装置，所述霍普金森压杆装置由高气压罐5、子弹头2、入射杆3、应变片6、数据采集仪7、透射杆4及轴向静压加载装置8组成，在本实施方式中，试件1沿径向夹在入射杆3和透射杆4之间，用力拉紧入射杆3和透射杆4夹紧试件1，底座15通过4个螺栓14固定在霍普金森压杆装置上，水压加载装置通过支柱13固定在底座15上，支柱13通过焊接在底座15上，所述水压加载装置包括水压加载压头9、圆环夹具10、连接管11、连接管接头18及设有压力表的加压泵12，在本实施方式中，水压加载压头9固定在圆环夹具10中，水压加载压头9端面上的出水孔16与侧面上的进水孔17是相连通的，连接管11两端设有连接管接头18，一端连接水压加载压头9侧面上的进水孔17，另一端连接设有压力表的加压泵12，圆环夹具10与支柱13通过焊接连接，试件1夹紧在水压加载压头9轴向两端。
基于相同的发明构思，本申请提供了一种基于上述实验装置的岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏力学实验方法，其具体操作步骤如下：
步骤1，将试件沿径向夹在入射杆和透射杆之间，并用力拉紧入射杆和透射杆来夹紧试件。
步骤2，将试件轴向两端与固定在圆环夹具的水压加载压头两端面紧密接触，通过连接管将水压加载压头侧面的进水孔与设有压力表的加压泵连接起来。
步骤3，利用轴向静压加载装置对试件施加预设的静载荷，然后利用水压加载装置对试件施加预设的水压。
步骤4，通过高压气罐驱动子弹头撞击入射杆，对试件径向施加动载荷。其中通过调节子弹头与入射杆一端的距离来改变动载荷的数值。
步骤5，通过应变片与数据采集仪相连接来采集冲击—静力—水力耦合作用下岩石劈裂拉伸破坏力学实验数据。
步骤6，通过对采集的数据进行分析处理，来分析冲击—静力—水力耦合作用下岩石劈裂拉伸破坏力学特性及破坏形态。
Claims (4)
1.一种用于岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏试验装置，包括压杆装置，该压杆装置包括高气压罐、子弹头、入射杆、应变片、数据采集仪、透射杆及轴向静压加载装置，其特征在于：所述实验装置包括水压加载装置，该水压加载装置包括水压加载压头、圆环夹具、连接管及加压泵，所述圆环夹具通过支柱与固定在压杆装置上的底座相连接，水压加载压头固定在圆环夹具中，水压加载压头端面上的出水孔与侧面上的进水孔相通，水压加载压头侧面上的进水孔与加压泵通过连接管连接。
2.根据权利要求1所述的岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏试验装置，其特征在于：所述加压泵上设置有压力表。
3.根据权利要求1或2所述的岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏试验装置，其特征在于：所述的支柱焊接在底座上，圆环夹具与支柱通过焊接连接。
4.一种基于权利1要求所述的岩石冲击—静力—水力耦合劈裂拉伸破坏试验装置的实验方法，其步骤如下：
首先将试件沿径向固定在入射杆和透射杆之间，利用轴向静压加载装置对试件径向施加静载荷，然后对试件轴向两端施加水压，并通过设有压力表的加压泵调节水压到预定值，然后通过高压气罐驱动子弹头撞击入射杆使试件破坏，最后采集数据进行处理分析。
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