CN211318054U - 用于研究围岩***应力波作用机理的实验*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，该***可以改变围岩应力、药包数量、药包位置、装药量、药孔直径等条件，通过读取***瞬时过程中炮孔周围岩体的应变数据，从而分析***应力波对岩体的作用机理、起裂速度及裂缝发展情况。本实用新型用于研究围压下岩体***应力波作用机理的***，能够研究***应力波产生时对试件的作用机理、***应力波在试件裂纹起裂时的作用效果、不同强度围压下***应力波相互叠加作用的效果及规律，并在此基础上对断裂动力学理论和应力波理论进行更深入的研究。
Description
技术领域
本实用新型属于实验断裂力学研究领域，具体涉及一种用于围压岩体在***应力波作用下的断裂机理的实验***。
背景技术
目前我国煤矿开采、隧道开挖主要以***的形式进行开采，煤岩巷道围岩应力、岩石的硬度成为制约巷道掘进的主要因素。几年来，国内***技术得到广泛的更为广泛的应用，***形式也更加丰富，钻眼***、光面***、定向断裂控制***技术在露天矿和深部矿井、道路建设、隧道和立井开挖中有着广泛的应用。但是，目前围压下***破岩的具体过程尚未完全弄清。一般认为，岩体内最初有一定的天然缝隙，在***应应力波的传递过程中，***气体渗入裂隙并在围压作用下，使应力波造成的裂纹进一步扩展。围岩***相对于露天***来说是更加复杂的一个过程，***的瞬时性以及***后围压作用的不稳定性都会使得***结果变得难以控制，这给***破岩机理的实验研究带来了很大难度。
随着如今煤炭开采深度的不断增加，科学技术也不断进步，所需的***技术也需要更加成熟，科研工作者通过先进的实验设备如高速摄影仪等对***瞬间岩体所产生的各种现象如应变、应力、破裂等的观测，对岩石的***破坏机理的研究取得了一定的成果，对实际工程应用具有一定指导意义和实用价值。但是天然岩体的内部存在着诸多裂隙以及岩体的不均匀特性，同时由于围岩应力的存在，必然导致部分炮孔起爆后围压岩体的裂纹起裂至贯通的路径难以控制，然而目前关于围压岩体***应力波作用的实验和研究相对较少。因此，有必要对围压岩体***应力波作用的过程和机理、应力波对运动裂纹扩展规律的影响等问题进行研究。这对于优化***参数、改进***工艺以及断裂动力学理论的发展等都具有重要的理论和实际意义。
基于现有围岩***技术的不足和缺陷，结合现代应变片电测技术，设计了一种围压岩体***应力波作用机理的实验***，这对工程实践以及断裂动力学理论的发展等都具有重要的理论和实际意义。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，该***可以改变围岩应力、药包数量、药包位置、装药量、药孔直径等条件，通过读取***瞬时过程中炮孔周围岩体的应变数据，从而分析***应力波对岩体的作用机理、起裂速度及裂缝发展情况。
本实用新型提供一种研究围岩***应力波作用机理的实验***，具体通过以下技术方案实现的：
所述实验***包括多通道脉冲点火器、围压加载装置、围压驱动装置、围压操控平台、数据采集仪、超动态应变仪、桥盒、信号线、屏蔽线、应变片、数据处理中心、试件；用信号线线连接桥盒和试件上的应变片，用屏蔽线连接桥盒和地面，用信号线连接桥盒和超动态应变仪，用信号线连接超动态应变仪和数据采集仪，用信号线连接超动态应变仪和数据处理中心；用起爆探针连接多通道脉冲点火器和药包。
所述实验***数据处理中心中安装超动态应变仪配套测试程序；将数据处理中心中安装的超动态应变仪配套测试程序的触发方式设置为上升沿；在配套测试程序设置各项参数；配套测试程序参数包括输入应变片个数、每个应变片与裂纹扩展路径的垂直距离y、试件中横波波速c1、试件中纵波波速c2、试件的剪切模量μ、应变片朝向角α、运动裂纹类型等参数；
所述实验***利用多通道脉冲点火器触发试件中心的起爆探针引爆药包，通过******产生***应力波作用于试件；***瞬时产生的应力波触发药包最近的应变片，同时或先后向数据采集仪发出触发信号，触发信号传递至数据处理中心触发超动态应变仪配套测试程序，开始采集应变片数据；
所述的实验***，超动态应变仪配套测试程序根据应变片电测结果自动计算出裂纹扩展速度等力学参数；实验过程中，每个应变片会采集应变峰值以及产生应变峰值的时间；
所述的实验***，***药包的位置和装药量可以改变，进而改变***应力波的强度和不同应力波之间的叠加情况。
所述的实验***，围压加载装置在药包引爆之前设置好所需要的围压，通过围压操控平台控制围压驱动装置。
所述的实验***，围压加载装置包括第一油缸和第二油缸，分别控制x方向、y方向的压力值；每个加载油缸通过进油管和回油管与围压驱动装置相连，围压驱动装置通过围压操控平台控制压力值的变化。
本实用新型的用于研究围压下岩体***应力波作用机理的***，能够研究***应力波产生时对试件的作用机理、***应力波在试件裂纹起裂时的作用效果、不同强度围压下***应力波相互叠加作用效果及规律，并在此基础上对断裂动力学理论和应力波理论进行更深入的研究。***利用多通道脉冲点火器引爆***，操作简便，可靠性高。药包起爆后，***荷载和外部围压载荷同时作用于试件上，***应力波开始传播，然而试件要经过数微秒后才会起裂。并且***应力波的传播速度一般可达2000m/s左右，爆生裂纹的扩展速度最大仅为300m/s～ 500m/s左右。因此试件受到***荷载作用后到爆生裂纹起裂前的时间足够完成对超动态应变仪的触发，从而有充分的观测，但是实验中必须严格控制药包起爆的时间，使它们能够按照实验要求同时起爆或在极短的试件内先后起爆。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
(1)能够实现通过电测法对***应力波作用的试件进行实时监测；(2)通过改变药量的大小、炮孔的位置，能够改变***应力波的强度；(3)通过改变围压大小，能够改变***应力波传播的速率及不同的传播情况；(4)根据实验需要，可在试件上粘贴多个不同角度的应变片，采集多组电测数据，同时***通过点火引爆***后自动开始采集数据，从而减小实验误差；(5)实验中围压***与******属于两个相对独立的***，实验过程中互不影响可单独操作，因此保证了实验的稳定性。本实验***已进行了相关的实验，得到了较好的实验结果。
下面结合附图对本实用新型的用于研究围岩***应力波作用机理的实验***作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型***的结构原理图；
图2为图1中围压驱动***细节图；
图3为图2围压操控平台细节图；
图4为电测计算模块流程图；
附图标记说明：
1、试件，2、数据处理中心，3、围压驱动***，4、数据采集仪，5、超动态应变仪，6、多通道脉冲点火器，7、脉冲点火器充电器；8、围压加载支架，9第一油缸，10、第二油缸，11、地面，12、承压板，13、应变片，14、漆包线， 15、屏蔽线，16、炮孔，17、第一进油管，18、第一回油管，19、第二进油管， 20、第二回油管，21、桥盒。
31、驱动马达，32、油箱，33、总控油阀，34、第一油缸控制器，35、第一油缸阀门，36、第二油缸阀门，37、第二油缸控制器，38、压力表，39、围压操控平台，301、信号传输带，302、电气传输线。
391、第一油缸油压显示器，392、第二油缸油压显示器，393、加载控制器
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。此处描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
如图1、图2、图3所示，本发明用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，具体的，包括多通道脉冲点火器6、围压加载装置8、9、10、围压驱动装置3、围压操控平台39、数据采集仪4、超动态应变仪5、桥盒21、信号线、屏蔽线15、应变片13、数据处理中心2、试件1；用信号线线连接桥盒21和试件上的应变片，用屏蔽线15连接桥盒21和地面11，用信号线连接桥盒21和超动态应变仪5，用信号线连接超动态应变仪5和数据采集仪4，用信号线连接超动态应变仪5和数据处理中心2；用漆包线14连接多通道脉冲点火器6和炮孔内的药包16；第一油缸9通过第一进油管17和第一回油管18与第一油缸控制器 34相连，第二油缸10通过第一进油管19和第一回油管20与第2油缸控制器 37相连，围压操控平台39通过加载控制器控制第一油缸、第二油缸的压力大小，通过显示器391、392观测实时压力值。
结合图1，所述实验***数据处理中心2中安装超动态应变仪5配套测试程序；将数据处理中心1中安装的超动态应变仪配套测试程序的触发方式设置为上升沿；在配套测试程序设置各项参数；配套测试程序参数包括输入应变片13 的个数、每个应变片与裂纹扩展路径的垂直距离y、试件中横波波速c1、试件中纵波波速c2、试件的剪切模量μ、应变片朝向角α、运动裂纹类型等参数。
结合图1，所述实验***利用多通道脉冲点火器6触发试件中心炮孔16中的起爆探针引爆药包，通过******产生***应力波作用于试件1；***瞬时产生的应力波触发药包最近的应变片13，同时或先后向数据采集仪4发出触发信号，触发信号传递至数据处理中心1触发超动态应变仪配套测试程序，开始采集应变片数据.
结合图1、图2，所述的实验***，围压加载装置8、9、10，围压驱动装置 3、围压操控平台39可视为平行独立的***，其加载过程不受***过程的影响；第一油缸9通过围压操控平台39进行x方向加压，第一油压显示器391实时显示油压数据，加压时通过第一进油管17给油，加载完成后通过第一回油管18回油卸载，第二油缸10通过围压操控平台39进行y方向加压，第二油压显示器 392实时显示油压数据，加压时通过第二进油管19给油，加载完成后通过第二回油管20回油卸载，两油缸加载、卸载完成后都需要关闭第一油缸阀门35、第二油缸阀门36，实验完成后关闭总控油阀门33。
根据图1、图4，所述的实验***，超动态应变仪配套测试程序根据应变片电测结果自动计算出裂纹扩展速度等力学参数；实验过程中，每个应变片会采集应变峰值以及产生应变峰值的时间；
所述的实验***，***药包的位置和装药量可以改变，进而改变***应力波的强度和不同围压下应力波传递变化的情况。
所述的实验***，围压做加载装置在药包引爆之前设置好所需要的围压，通过围压操控平台控制围压驱动装置。
所述的实验***，可通过围压操控平台39对试件1进行加载不同围压，以探究不同围压条件下爆生裂纹的扩展情况。
所述的多通道脉冲点火器可同时引爆多个药包。
所述的应变片粘贴位置可根据观测数据的需要进行变化，不同角度、不同数量都可进行调整。
所述的超动态应变仪含有多个数据采集通道，可同时采集多个测点的实时数据。
所述的数据处理中心的超动态应变仪配套程序，其触发模式为上升沿，即***应力波传递到第一个应变片时其应变波现先上升后下降，上升的瞬时过程触发超动态应变仪开始采集数据。
以上结合附图仅对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域技术人员对实用新型的技术方案进行多种简单的变形，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，其特征在于：包括多通道脉冲点火器、围压加载装置、围压驱动装置、围压操控平台、数据采集仪、超动态应变仪、桥盒、信号线、屏蔽线、应变片、数据处理中心、试件；所述试件放置与围压加载装置内，试件上钻有炮孔，放置切缝药包；用信号线线连接桥盒和试件上的应变片、超动态应变仪、数据采集仪、数据处理中心；用起爆探针连接多通道脉冲点火器和药包。
2.根据权利要求1所述的用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，其特征在于：所述的实验***利用多通道脉冲点火器触发试件中心的起爆探针引爆药包，通过******产生***应力波作用于试件；***瞬时产生的应力波触发药包最近的应变片，同时或先后向超动态应变仪发出触发信号，触发信号传递至数据处理中心触发超动态应变仪配套测试程序，开始采集应变片数据。
3.根据权利要求1所述的用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，其特征在于：所述的实验***，***药包的位置和装药量可以改变，进而改变***应力波的强度和不同围压下应力波传递变化的情况。
4.根据权利要求1所述的用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，其特征在于：所述的实验***，围压加载装置在药包引爆之前设置好所需要的围压。
5.根据权利要求1所述的用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，其特征在于：所述的实验***，围压加载装置包括第一油缸和第二油缸，分别控制x方向、y方向的压力值；每个加载油缸通过进油管和回油管与围压驱动装置相连，围压驱动装置通过围压操控平台控制压力值的变化。
6.根据权利要求1所述的用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，其特征在于：所述的实验***能够实现通过电测法对***应力波作用的试件进行实时监测。
7.根据权利要求1所述的用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，其特征在于：实验时可在试件上粘贴多个不同角度的应变片，采集多组电测数据，同时***通过点火引爆***后自动同时开始采集数据。
8.根据权利要求1所述的用于研究围岩***应力波作用机理的实验***，其特征在于：实验中围压***与******属于两个相对独立的***，实验过程中互不影响可单独操作。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110411871A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-11-05 | 中国矿业大学(北京) | 用于研究围岩***应力波作用机理的实验***及方法 |
| CN112649086A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-04-13 | 安徽理工大学 | 一种改进的节理岩体***模型试验震动监测***和方法 |
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2019
- 2019-09-10 CN CN201921503936.0U patent/CN211318054U/zh not_active Expired - Fee Related
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