【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及弹丸冲击试验装置，具体涉及一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置及方法。
技术介绍
1、为了研究tbm或钻爆法等开挖隧道等地下岩体空间的破岩效果，需要对施工时的各项参数进行测试优化，因而有必要开展tbm或钻爆法施工的模拟试验。
2、目前，开展隧道开挖模拟试验时，试验室采用的岩石试件加载系统多数仅能开展单一均质岩体的开挖试验，并且目前多采用tbm滚刀或钻爆法缩尺试验进行模拟，对水射流、动能冲击等新技术破岩手段研究较少，存在试验装备缺失，试验手段单一等问题；另一方面，当前随着行业发展和各类新技术的成熟，水射流、动能冲击等技术作为新型的破岩手段，逐渐被关注和应用，以高压水射流、动能冲击等为代表的新型破岩技术，为地下空间岩体开挖建造提供了新的可选方案。但目前试验设备无法满足复合地层开挖试验模拟，以及动能冲击、水射流联合破岩试验设备缺失。
3、因此，针对上述问题，提出一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置及方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足，研制一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置及方法，该专利技术能够模拟验证水射流预切边界-弹丸冲击复合岩层开挖破岩的试验场景，为实际工程提供数据支撑和技术积累。
2、本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
3、一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，包括：
4、试验检测单元，包括相似模拟复合地层三向加载试验组件，包括底板承台、支撑板
5、主体破岩单元，设置在底板承台和支撑板形成的箱型结构的开口前方，包括空气能-电磁直线加速耦合磁性弹丸发射组件，所述空气能-电磁直线加速耦合磁性弹丸发射组件包括空气加速段和电磁加速段，用于将磁性弹丸加速发射以撞击试件；
6、辅助破岩单元，包括高压水射流组件，设置在底板承台和支撑板形成的箱型结构的开口侧前方，用于对试件预切冲击边界。
7、作为优选，空气加速段包括一级气室，一级气室的一侧开设进气通道，另一侧连通二级气室，一级气室与二级气室的连通处设置单向气阀，且一级气室、二级气室和单向气阀处均设置气压检测装置。
8、作为优选，空气能-电磁直线加速耦合磁性弹丸发射组件还包括加速管，加速管设置为拉瓦尔管，拉瓦尔管的一端连通二级气室，另一端连通滑动槽，拉瓦尔管与二级气室之间设置烧蚀金属膜片，烧蚀金属膜片用于隔断拉瓦尔管与二级气室的气体流动；烧蚀金属膜片包括多层金属膜和贴合在金属膜内侧的电激发烧蚀线，电激发烧蚀线与电激发烧蚀开关连接，电激发烧蚀线用于通电后将金属膜烧穿；滑动槽内滑动设置弹托，弹托的截面积大于拉瓦尔管出口的截面积，弹托上远离拉瓦尔管的一侧设置弹丸安装槽，弹丸安装槽内设置磁性弹丸。
9、作为优选，电磁加速段包括发射过度管，发射过度管的一端连通滑动槽远离拉瓦尔管的一端，且发射过度管入口的截面积小于弹托的截面积，发射过度管另一端连通弹丸电磁通道，且发射过度管出口外侧设置电磁调节机构，电磁调节机构连接电磁开关阀；弹丸电磁通道设置为环绕电磁线圈的管道，电磁线圈内置于弹丸电磁通道的管壁内，电磁调节机构连接弹丸电磁通道的电磁线圈，用于为磁性弹丸提供电磁环境，磁性弹丸在管道内切割磁感线以加速射出。
10、作为优选，高压水射流组件包括多自由度机械臂，设置在底板承台和支撑板形成的箱型结构的开口侧前方，多自由度机械臂的移动端设置水射流喷嘴，水射流喷嘴连接出水装置喷水，用于对试件进行预切边界。
11、作为优选，加载检测组件包括加载油缸和加载检测板，加载油缸分布式设置在支撑板上，且不同方向支撑板上的加载油缸输出端的移动方向相互垂直，加载检测板设置在加载油缸的输出端；
12、加载检测板的侧壁上设置若干非贯穿的开孔，作为嵌入式传感器安装台，嵌入式传感器安装台的内部向外开设通孔，作为传感器线路通道，嵌入式传感器安装台内设置传感器，用于测定试验过程中试件的多项数据，嵌入式传感器安装台的开孔方向均朝向试件，用于传感器与试件接触。
13、作为优选，相似模拟复合地层三向加载试验组件还包括模拟地层组件，包括调节板和材料隔板，调节板在底板承台上设置两个，调节板上水平开设滑动横槽，滑动横槽内滑动设置伸缩推进组件，两个材料隔板通过伸缩推进组件设置在两个调节板之间，材料隔板和调节板围设呈箱框结构，且材料隔板与底板承台间的倾斜角度能够调节，用于浇筑试件材料，形成试验需要的试件。
14、作为优选，还包括防护组件，防护组件包括防护板和防护板移动机构，防护板上贯穿开设试验预留窗口，防护板活动设置在底板承台和多个支撑板合围的箱型结构开口处，用于封闭箱型结构；
15、防护板移动机构包括旋臂台座，旋臂台座设置在试验检测单元上方，旋臂台座上设置动力件，动力件输出端连接旋臂一的一端，旋臂一另一端转动连接旋臂二的一端，旋臂二另一端转动连接防护板，用于带动防护板在支撑板上滑动。
16、作为优选，还包括控制组件，控制组件连接加载检测组件、主体破岩单元和辅助破岩单元。
17、本专利技术还提供了一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验方法，包括以上所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，还包括以下步骤：
18、步骤一：在支撑板上设置加载检测组件，然后将支撑板连接并设置在底板承台上，支撑板与底板承台形成前方开口的箱型空间，加载检测组件均位于箱型空间内侧；
19、步骤二：将试件放置在箱型空间内的底板承台上，启动加载油缸，将加载检测板与试件接触，使得传感器的检测端能够与试件接触；
20、步骤三：将辅助破岩单元设置在箱型空间开口的侧前方，将主体破岩单元设置在箱型空间开口的正前方，且主体破岩单元的弹丸出口正对试件；
21、步骤四：设置防护组件，将防护板与支撑板侧边滑动连接，用以封闭箱型空间的开口；
22、步骤五：先将防护板移动至箱型空间开口的上侧，打开箱型空间的开口，控制高压水射流组件的多自由度机械臂带动水射流喷嘴对试件需要冲击试验的侧面分段切割环形切槽；
23、步骤六：移出水射流喷嘴，将防护板降下，使得主体破岩单元的弹丸出口、防护板上的试验预留窗口和水射流喷嘴切出的环形切槽的中心位于同一水平线上；
24、步骤七：启动空气能-电磁直线加速耦合磁性弹丸发射组件，弹丸在加速后射出，对环形切槽的中心进行冲击试验，并对冲击试验的数据进行记录和分析。
25、优选的，步骤二中的试件设置为使用不同标号的混凝土作为模拟不同强度的岩石层拼合而成，通过地勘探测结果，根据探测的复合地层各层之间的类型、形状和位置比例关系，将不同标号的混凝土进行线切割并拼合为一体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：空气加速段包括一级气室，一级气室的一侧开设进气通道，另一侧连通二级气室，一级气室与二级气室的连通处设置单向气阀，且一级气室、二级气室和单向气阀处均设置气压检测装置。
3.根据权利要求2所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：空气能-电磁直线加速耦合磁性弹丸发射组件还包括加速管，加速管设置为拉瓦尔管，拉瓦尔管的一端连通二级气室，另一端连通滑动槽，拉瓦尔管与二级气室之间设置烧蚀金属膜片，烧蚀金属膜片用于隔断拉瓦尔管与二级气室的气体流动；
4.根据权利要求3所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：电磁加速段包括发射过度管，发射过度管的一端连通滑动槽远离拉瓦尔管的一端，且发射过度管入口的截面积小于弹托的截面积，发射过度管另一端连通弹丸电磁通道，且发射过度管出口外侧设置电磁调节机构，电磁调节机构连接电磁开关阀；
5.根据权利要求4所述的一种基于水射流预切边界的弹
6.根据权利要求5所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：加载检测组件包括加载油缸和加载检测板，加载油缸分布式设置在支撑板上，且不同方向支撑板上的加载油缸输出端的移动方向相互垂直，加载检测板设置在加载油缸的输出端；
7.根据权利要求6所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：相似模拟复合地层三向加载试验组件还包括模拟地层组件，包括调节板和材料隔板，调节板在底板承台上设置两个，调节板上水平开设滑动横槽，滑动横槽内滑动设置伸缩推进组件，两个材料隔板通过伸缩推进组件设置在两个调节板之间，材料隔板和调节板围设呈箱框结构，且材料隔板与底板承台间的倾斜角度能够调节，用于浇筑试件材料，形成试验需要的试件。
8.根据权利要求7所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：还包括防护组件，防护组件包括防护板和防护板移动机构，防护板上贯穿开设试验预留窗口，防护板活动设置在底板承台和多个支撑板合围的箱型结构开口处，用于封闭箱型结构；
9.一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验方法，包括权利要求8所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于，还包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验方法，其特征在于：步骤二中的试件设置为使用不同标号的混凝土作为模拟不同强度的岩石层拼合而成，通过地勘探测结果，根据探测的复合地层各层之间的类型、形状和位置比例关系，将不同标号的混凝土进行线切割并拼合为一体，形成拼合试件，对拼合试件试验，用于模拟复合地层的冲击试验。
...【技术特征摘要】
1.一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：空气加速段包括一级气室，一级气室的一侧开设进气通道，另一侧连通二级气室，一级气室与二级气室的连通处设置单向气阀，且一级气室、二级气室和单向气阀处均设置气压检测装置。
3.根据权利要求2所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：空气能-电磁直线加速耦合磁性弹丸发射组件还包括加速管，加速管设置为拉瓦尔管，拉瓦尔管的一端连通二级气室，另一端连通滑动槽，拉瓦尔管与二级气室之间设置烧蚀金属膜片，烧蚀金属膜片用于隔断拉瓦尔管与二级气室的气体流动；
4.根据权利要求3所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：电磁加速段包括发射过度管，发射过度管的一端连通滑动槽远离拉瓦尔管的一端，且发射过度管入口的截面积小于弹托的截面积，发射过度管另一端连通弹丸电磁通道，且发射过度管出口外侧设置电磁调节机构，电磁调节机构连接电磁开关阀；
5.根据权利要求4所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：高压水射流组件包括多自由度机械臂，设置在底板承台和支撑板形成的箱型结构的开口侧前方，多自由度机械臂的移动端设置水射流喷嘴，水射流喷嘴连接出水装置喷水，用于对试件进行预切边界。
6.根据权利要求5所述的一种基于水射流预切边界的弹丸冲击试验装置，其特征在于：加载检测组件...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐福通，房海波，刘雄，曹志伟，魏成行，李景轩，许光涛，王旭晨，张腾，许静宜，
申请(专利权)人：中建八局第二建设有限公司，
类型：发明
国别省市：
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