[发明专利]一种用于模拟深部岩石爆破致裂的光测力学实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光测力学实验装置，尤其涉及一种对深部岩石爆破致裂进行物理模拟实验的光测力学实验装置。

背景技术

岩体是长期地质年代的产物，在天然状态下存在自重应力和构造应力等初始应力，所以岩体受到的任何动载作用都是在一定静态应力场存在之上的作用。岩体在动态载荷作用下的动态断裂过程与静态应力场具有相关性。比如在深部矿井中爆破施工掘进巷道，高地压产生的初始静态应力场就会对爆炸载荷下岩石的断裂现象和爆生裂纹的传播规律产生巨大影响，其初始静态应力场效应将不能忽略。

目前，在物理爆破模型试验中，模型的边界条件大多是自由边界条件，这对于研究高围压下岩体的爆破理论具有一定的局限性，尤其是在采用爆炸加载装置和光测力学实验方法(如动光弹、动焦散等)进行爆破断裂现象和机理的研究中，采用二维平面模型试件，试件四周无约束，无法真实再现深部岩体即高地应力下岩石的爆炸致裂规律和机理，对爆炸动态应力场中裂纹的扩展规律不能进行科学、全面的分析和研究。

为达到真实模拟地质结构，将初始静态应力场效应充分考虑到模拟试验条件中，准确再现岩体在动态载荷下的致裂过程，特发明了本实验装置。

发明内容

鉴于上述现有实验装置的不足，本发明的目的在于针对深部岩石的爆炸致裂问题，提供一种与光测力学相结合的可模拟深部地应力和爆炸载荷的实验装置。

一种用于模拟深部岩石爆破致裂的光测力学实验装置，包括一个可沿着水平和竖直方向进行试件应力加载的静态加载系统，以及用于产生动态载荷的爆炸加载装置；所述静态加载系统包括一个竖直放置的底板，在底板一侧沿上、下、左、右四个方向分布的四块推板，以及分别为上、左、右三个方向推板提供压力的供压系统；所述底板中部开有通孔，上、左、右三个方向的推板底部活动连接在底板上，下部方向的推板固定在底板上，试件固定在四块推板之间；所述爆炸加载装置的加载端通过底板上的通孔从两侧对应加载在试件中部的炮孔上，爆炸加载装置的另一端固定在下部方向的推板上。

所述供压系统包括三个气缸、压力表、阀门和空气压缩机，三个气缸并联连接，三个气缸的缸杆对应连接在上、左、右三个方向的推板上；压力表和阀门串联在空气压缩机与并联气缸之间的连接管路上。

所述三个气缸的并联支路上还分别连接有分控阀门和分控压力表。

所述推板与试件接触的表面设有凹槽，试件边部卡在凹槽中。

所述推板与试件接触的表面外侧设有卡棱，卡棱与试件外表面相接触，试件内表面紧贴在底板上。

所述上、左、右方向的推板体上沿着移动方向还设有通槽，通槽中插有螺栓，螺栓连接在底板和推板之间。

本发明所述的用于深部岩石爆炸致裂的光测力学实验装置的优点在于：(1)采用该实验装置后，可以改变平面模型试件的边界条件，对试件施加围压，实现了深部岩体地应力场的模拟；(2)对试件四周围压加载过程可进行调控，可以改变水平和纵向各个方向的压力值，适用于多种地应力场的模拟；(3)采用卡棱或凹槽对试件进行卡持，保证了卡持的可靠性和灵活性，同时，还可使爆炸载荷在试件平面内产生动态应力场，实现深部岩石爆炸致裂过程的真实再现。(4)该装置特别适用于光测力学实验中的动焦散和动光弹等实验，为研究深部岩体爆炸致裂的规律和机理提供了可靠的实验设备；(5)整个实验装置结构简单、操作方便，易于实现和维护。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图。

具体实施方式

本发明的中心是：以实验的方式对试件施加围压，模拟深部岩石中的地应力，在试件模型中产生初始静态应力场，然后通过爆炸实验，并采用光测力学方法对爆炸致裂过程进行观测，以达到研究深部即高地压下岩体的爆破断裂现象和机理，为地质挖掘和爆破过程提供科学依据。

下面结合附图1、图2对本发明作进一步的详细描述：

一种用于模拟深部岩石爆破致裂的光测力学实验装置，主要包括两部分：一部分为一个可沿着水平和竖直方向进行试件应力加载的静态加载系统；另一部分为用于产生动态载荷的爆炸加载装置10。静态加载系统用于模拟深部岩石的地应力现象，形成试件的初始静态应力场。爆炸加载装置10用于试件11爆炸实验的加载和控制，使试件11产生爆炸致裂过程，以实现对致裂过程的观测和研究。