一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法及装置，该方法采用柔性胶囊对深部岩体模拟材料试件模拟施加高地应力环境，并采用液压冲击方式模拟施加于深部岩体模拟材料试件的爆炸地冲击扰动。该试验装置包括容置深部岩体模拟材料试件的高强度刚性箱体，试验试件的每个面与所述箱体之间都设有柔性胶囊，所述柔性胶囊设有注入液体加压的注压孔，顶面柔性胶囊上设有液压冲击装置。本发明专利技术的试验方法及装置用柔性胶囊加载替代传的统液压油缸加载方式，其外部附属设备少，加载面均匀度高，有利于爆炸载荷的接入与传递；用液压冲击方法替代化学爆炸，安全性高，模拟载荷波形精确可控，且重复性强。

【技术实现步骤摘要】
一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法及装置
本专利技术涉及深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验
，具体说是一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法及装置。
技术介绍
深部岩体存在于地下高地应力环境中，其本身为高含能块体。根据俄罗斯相关资料，地下爆炸对岩体介质的作用影响能够持续数小时，该作用影响主要依赖深部岩体自身储存的能量。1989年4月16日俄罗斯基洛夫区“阿帕基特”矿山在地下252m处实施230吨BB炸药爆破，爆破在巷道中实施，持续时间为400~500ms，诱发了4.8~5级地震，震中烈度6~7度，6km外基洛夫城地震烈度4~5烈度，相应的地震能量为1012焦耳，而爆炸能量仅为108~109焦耳，地下爆炸诱发的地震总能量远远大于爆炸总能量（高几个数量级）。这表明岩体中储存有大量的处于不稳定平衡状态的地质构造变形能，在地下爆炸影响下剧烈释放。另一方面美国正研发钻地爆炸物器，深部岩体在钻地武器爆炸扰动中产生慢速“变位波”，易诱发工程性地震，我国地下防护工事将面临严重威胁。因此深部岩体在爆炸冲击扰动下的力学行为是迫切的研究需求。对于深地下工程所研究的天然岩体而言，由于长期受各种自然造物因素的作用和影响，形成了极其复杂的结构和构造特征，其在爆炸扰动作用下的变形破坏具有非协调非相容特性，物理过程复杂，影响因素众多，目前在理论分析上还存在很大困难，数值模拟也难以准确进行。在满足相似原理的条件下，模型试验不仅可以在试验室条件下再现工程中发生的现象，并且试验过程中的主要因素能独立控制，可以模拟不同的物理量组合情况，试验成本低、周期短，是比较可行的方法。目前国内外常采用化学爆炸的方式开展研究，但该方法危险性高，爆炸载荷波形难以精确控制，且可重复性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法。该方法严格基于相似理论，采用液压冲击的方式产生模拟爆炸载荷，采用大体积柔性胶囊模拟施加高地应力环境。本专利技术的另一目的是提供一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法，采用柔性胶囊对深部岩体模拟材料试件模拟施加高地应力环境，并采用液压冲击方式模拟施加于深部岩体模拟材料试件的爆炸地冲击扰动。本专利技术进一步的设计方案中，上述深部岩体模拟材料试件置于箱体中，各面覆盖有柔性胶囊，所述深部岩体模拟材料试件上面的柔性胶囊上设置有液压冲击装置，各面的柔性胶囊通过各自的注压孔注入液体加压，对深部岩体模拟材料试件模拟施加高地应力环境。本专利技术进一步的设计方案中，上述液压冲击装置包括冲击活塞、动压腔、泄压单元和传压板，所述传压板位于所述动压腔和所述深部岩体模拟材料试件上面的柔性胶囊之间，所述冲击活塞与泄压单元与动压腔连通，所述冲击活塞连接有高压射流发生装置，高压射流发生装置产生的高压射流冲击冲击活塞，压缩所述动压腔体积使动压腔中的压力上升，但载荷达到载荷峰值时，打开所述泄压单元，使动压腔中的压力下降，从而产生类三角形载荷的模拟爆炸地冲击扰动，所述模拟爆炸地冲击扰动经动压腔-传压板-柔性胶囊的传递路径进入所述深部岩体模拟材料试件。本专利技术进一步的设计方案中，施加静载时，为保证压力平衡，动压腔内注入与胶囊相同压力的液体。本专利技术进一步的设计方案中，上述载荷峰值范围为0~3MPa、压力上升时间为2.5~10ms、下降时间为上升时间的2倍。一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置，包括容置深部岩体模拟材料试件的高强度刚性箱体，深部岩体模拟材料试件每个面与所述箱体之间都设有柔性胶囊，所述柔性胶囊设有注入液体加压的注压孔，顶面柔性胶囊上设有液压冲击装置。本专利技术进一步的设计方案中，上述液压冲击装置包括冲击活塞、动压腔、泄压单元和传压板，所述传压板位于所述动压腔和所述深部岩体模拟材料试件上面的柔性胶囊之间，所述冲击活塞与泄压单元与动压腔连通，所述冲击活塞连接有高压射流发生装置，动压腔也设有液体加压的注压孔。本专利技术具有以下突出的有益效果：本专利技术的液压冲击方法替代化学爆炸，安全性高，模拟载荷波形精确可控，且重复性强。柔性胶囊加载替代传的统液压油缸加载方式，其外部附属设备少，加载面均匀度高，有利于爆炸载荷的接入与传递。附图说明图1是深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置结构示意图；图2是深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置中冲击活塞的结构示意图。图3是深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置中泄压单元的结构示意图。图中，1-深部岩体模拟材料试件，2-柔性胶囊，3-动压腔，4-冲击活塞，5-泄压单元，6-注压孔，7-注压孔，8-注压孔，9-注压孔，10-传压板，11-箱体，41-油缸，42-活塞杆，43-螺母，44-活塞，51-缸筒，52-调节弹簧，53-卸载活塞，54-调节活塞，55-卸载孔，56-定位销，57-定位套，58-定位弹簧。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明:实施例1如图1所示，一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置，包括容置深部岩体模拟材料试件1的高强度刚性箱体11，深部岩体模拟材料试件1每个面与箱体11之间都设有柔性胶囊2，柔性胶囊2设有注入液体加压的注压孔7、8、9，顶面柔性胶囊2上设有液压冲击装置，液压冲击装置包括冲击活塞4、动压腔3、泄压单元5和传压板10，传压板10位于动压腔3和深部岩体模拟材料试件1上面的柔性胶囊2之间，冲击活塞4及泄压单元5与动压腔3连通，冲击活塞4连接有高压射流发生装置，动压腔3也设有液体加压的注压孔6，动压腔3、传压板10、柔性胶囊2等尺寸可以灵活改变以适应不同尺寸的试件。应用上述试验装置进行模拟试验的方法，是采用柔性胶囊2对深部岩体模拟材料试件1模拟施加高地应力环境，并采用液压冲击方式模拟施加于深部岩体模拟材料试件1的爆炸地冲击扰动。具体操作过程如下：将深部岩体模拟材料试件1置于箱体11中，深部岩体模拟材料试件1各面的柔性胶囊2通过各自的注压孔7、8、9注入液体加压，模拟施加静态载荷，对深部岩体模拟材料试件1模拟施加高地应力环境，同时通过注压孔6对动压腔3注入相同压力的液体。当试件内应力达到试验需求时，使用高压射流发生装置产生的高压射流冲击冲击活塞4，压缩所述动压腔3体积使动压腔3中的压力上升，但载荷达到载荷峰值时，打开所述泄压单元5，使动压腔3中的压力下降，载荷峰值范围为0~3MPa、压力上升时间为2.5~10ms、下降时间为上升时间的2倍，从而产生类三角形载荷的模拟爆炸地冲击扰动，所述模拟爆炸地冲击扰动经动压腔3-传压板10-柔性胶囊2的传递路径进入所述深部岩体模拟材料试件1。冲击活塞4的结构参见图2，冲击活塞4包括螺母43、活塞44和设有进气口和卸气口的油缸41、活塞44滑动设置在油缸41中，且该活塞44的活塞杆42伸出油缸41外旋接螺母43，使活塞44的行程限定在螺母43与油缸41之间的间距之间，油缸41的活塞端与侧板上的连接孔连通；泄压单元5的结构参见图3，泄压单元5包括缸筒（51）、调节活塞（54）、卸载活塞（53）、调节弹簧（52）、定位套（57）、定位销（56）和定位弹簧（58），缸筒（51）沿轴向依次设有相互连通的调节活塞（54）腔、卸载活塞（53）腔和定位套（57）腔，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法，其特征在于，采用柔性胶囊（2）对深部岩体模拟材料试件（1）模拟施加高地应力环境，并采用液压冲击方式模拟施加于深部岩体模拟材料试件（1）的爆炸地冲击扰动。

【技术特征摘要】
1.一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法，其特征在于，采用柔性胶囊（2）对深部岩体模拟材料试件（1）模拟施加高地应力环境，并采用液压冲击方式模拟施加于深部岩体模拟材料试件（1）的爆炸地冲击扰动；所述深部岩体模拟材料试件（1）置于箱体（11）中，各面覆盖有柔性胶囊（2），所述深部岩体模拟材料试件（1）上面的柔性胶囊（2）上设置有液压冲击装置，各面的柔性胶囊（2）通过各自的注压孔注入液体加压，对深部岩体模拟材料试件（1）模拟施加高地应力环境；所述液压冲击装置包括冲击活塞（4）、动压腔（3）、泄压单元（5）和传压板（10），所述传压板（10）位于所述动压腔（3）和所述深部岩体模拟材料试件（1）上面的柔性胶囊（2）之间，所述冲击活塞（4）与泄压单元（5）与动压腔（3）连通，所述冲击活塞（4）连接有高压射流发生装置，高压射流发生装置产生的高压射流冲击冲击活塞（4），压缩所述动压腔（3）体积使动压腔（3）中的压力上升，但载荷达到载荷峰值时，打开所述泄压单元（5），使动压腔（3）中的压力下降，从而产生类三角形载荷的模拟爆炸地冲击扰动，所述模拟爆炸地冲击扰动经动压腔（3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明洋，李杰，王源，黄建伟，随亚光，王德荣，马林建，邱艳宇，范鹏贤，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32