[发明专利]一种用于测试岩石破碎的实验装置及标定冲击速度和损耗能量的方法

权利要求书

1.一种用于测试岩石破碎的实验装置，其特征在于，在试验平台的一端设置内部装有岩石试件的试件舱，试件舱与一个能在其内壁自由滑动的活塞来安放、加载以及回收岩石试件；在活塞圆平面外侧，且位于活塞中心轴上设置一根试验杆，与活塞气密配合，在试验杆长度的1/2处粘贴压缩应变片，压缩应变片连接动态应变仪，动态应变仪连接示波器；在试验杆的另一端，距该试验杆端为10cm～15cm处，且与试验杆同一水平轴轴线上，设置一根发射套管，该发射套管内配置一根滑动配合的发射杆，该发射杆朝向试验杆端，发射套管的另一端通过阀门与气罐相连，气罐与空压机相连；

所述试件舱包括横置的舱罩，在舱罩的两侧设置舱盖，舱盖与舱罩以螺纹连接，舱罩的内侧设置有观察通孔，线速仪中激光发射器和激光接收器分别位于观察孔的两侧，激光接收器连接示波器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是试件舱内设置多颗粒岩石，试件尺寸为9.5～12.7mm，重量为170±1g，在试件舱所占的厚度为14±0.5mm。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是所述试验杆为镍铬钢材料，其直径为38mm，长度为1500mm。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是所述发射杆为镍铬钢材料，其直径为38mm，长度为300mm。

5.如权利要求1所述的装置，其特征是所述发射套管的外径为50mm，长度为800mm。

6.如权利要求1所述的装置，其特征是所述气罐的工作压力为0.6～30MPa。

7.如权利要求1所述的装置，其特征是所述应变片采用精密标准1000Ω电阻，应变片测试采用惠斯通电桥测试原理。

8.利用权利要求1的实验装置测试岩石破碎标定冲击速度和损耗能量的方法；其特征是包括如下步骤：

1)启动装置，调试仪器，进入试验状态：

启动压缩机，使气罐稳定在某一工作压力；调节动态应变仪、线速仪和示波器处于触发状态；

2)采集测试数据：

(1)在给定气罐稳定在某一工作压力P，打开阀门使发射杆发射，让发射杆撞击试验杆，通过应变仪和示波器记录试验杆中冲击加载波ε_i及反射波ε_r，通过线速度测试仪和示波器记录活塞的位移S和时间t_s，从而获得该工作压力下活塞的冲击速度值v₁＝S/t_s；之后取出岩石试件，完成一次试验；

(2)对试验数据进行分析得到试验过程中损耗能量的方法；

通过试验杆的冲击加载波ε_i及反射波ε_r，可以得到岩石破碎试验过程中损耗的能量，其中：

冲击加载波ε_i所携带的能量W_i通过式1求得：

式中：

E为试验杆的弹性模量，单位N/m²；

A为试验杆的横截面积，单位m²；

C为试验杆的波速，单位m/s；

t为冲击加载波的加载时间；

ε_i为入射波引起的应变，无量纲参数，

反射波ε_r所携带的能量W_r通过式2求得：

ε_i为入射波引起的应变，无量纲参数，

试验过程中损耗能量ΔW通过式3求得：

ΔW_r＝W_i-W_r 式3。