[发明专利]一种主动围压下的岩石爆破振动测试装置及其应用

说明书

一种主动围压下的岩石爆破振动测试装置，包括围压和爆炸加载系统、以及分别位于该加载系统两侧的运动监测系统和应变监测系统；围压和爆炸加载系统包括加载框架，其内设有两个互相垂直且具有10MN以上加载能力的主动围压加载装置及被动支撑装置；在主动围压加载装置以及被动支撑装置上垂直连接有加载垫板，加载垫板由固定螺栓连接；运动监测系统包括数个振动速度监测探头以及与探头相连接的数据采集系统；应变监测系统包括高速摄影机以及数据处理系统。本发明装置可测定主动围压下具有不同脆性、延性特征岩石的爆炸应变和运动响应，解决以往技术方案中围压加载能力低、无法考虑围压各向异性、无法同时测定岩石爆炸应变和运动响应的问题。

技术领域

本发明属于岩石动力学领域，具体涉及一种主动围压下的岩石爆破振动测试装置及其应用。

背景技术

作为开发利用深部资源的重要工程手段，岩石爆破技术广泛应用于水电、交通、采矿等领域的地下巷道和厂房开挖。为优化岩石爆炸破碎效果、提高炸药能量有效利用率、降低炸药单耗和工程成本，应在减小爆破粉碎区范围的前提下，于开挖区产生长大的岩石裂隙，同时降低预留岩体的损伤破坏(Hagan,1979；Donzéet al.,1997；BanadakiMohanty,2012；冷振东等,2015；An et al.,2017；Yi et al.,2018)。然而，在地球深部围压(地应力)作用下，岩石将具有不同的屈服破坏形式和机理：在低围压作用下，岩石一般将产生脆性破坏并伴随着相对较少的宏观裂隙发展；而在高围压作用下，岩石一般将产生延性变形并伴随着大量微观裂隙的形成(这种岩石被称为“高应力软岩”)，进而产生相对更大的粉碎区，造成更大的爆炸能量损耗，不利于长大拉裂隙的发展(KutterFairhurst,1971；Hagan,1979)。可见，爆炸波在不同围压作用下的岩石中将具有不同的衰减规律。由于爆炸波的峰值振动速度决定了岩石的损伤程度(Persson,1997；Li et al.,2011；Bastante et al.,2012；Liu et al.,2017)，因此研究岩石在不同围压条件下的爆炸力学响应和振动衰减规律，对于适应和利用原岩应力提高深部爆炸破岩效果和效率具有至关重要的理论和工程意义。然而，目前国内外针对深部岩体爆炸力学响应的测试技术方法极为有限，且均未研究不同围压下质点振动的衰减规律。

何成龙等(He et al.,2018)公开了由加载及应变测试系统两部分组成的装置，存在的不足是：围压加载能力小，可施加的最大作用力仅为500kN，对常规尺寸岩石试样仅能施加最大16MPa的围压，不能使岩石出现脆性-延性转换，进而无法揭示深部高应力软岩的爆炸力学响应，而且该装置不能测定岩石的运动特征，因而难以用于指导地球深部不同围压条件下的岩石爆破实践；Zhang et al.(2017)公开的技术存在围压加载能力小且不能测定岩石的变形和运动特征的缺陷；杨立云等(2013)的技术除了围压加载能力小外，同时存在不能实现各向异性围压加载，不能测定岩石的变形和运动特征的局限。

发明内容

本发明的目的是提出一种主动围压下的岩石爆破振动测试装置，可测定主动围压下具有不同脆性、延性特征岩石的爆炸应变和运动响应，解决以往技术方案中围压加载能力低、无法考虑围压各向异性、无法同时测定岩石爆炸应变和运动响应的问题，进而可实现研究岩石在不同围压条件下的爆炸力学响应和振动衰减规律，并为地球深部不同围压条件下的岩石爆破实践提供指导和依据。

本发明采取的技术方案是：

一种主动围压下的岩石爆破振动测试装置，包括围压和爆炸加载系统、以及分别位于该加载系统两侧的运动监测系统和应变监测系统；

所述围压和爆炸加载系统包括加载框架，在加载框架内设有两个互相垂直且具有10MN以上加载能力的主动围压加载装置以及与主动围压加载装置相匹配的被动支撑装置；在每个主动围压加载装置以及每个被动支撑装置上均垂直连接有一个加载垫板，相对的两个加载垫板由固定螺栓连接；

所述运动监测系统包括数个振动速度监测探头以及与探头相连接的数据采集系统；