[发明专利]一种动静组合加载的试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及爆炸力学及岩土工程室内模型试验技术，提出一种动静组合加载的试验装置及试验方法。提出的一种动静组合加载的试验装置具有爆炸动荷载加载机构和三向静荷载加载机构；三向静荷载加载机构的底座设置有静载承载环；静载承载环内设置有两个对称设置的X向千斤顶和两个对称设置的Y向千斤顶；X向千斤顶、Y向千斤顶通过静载加载板顶紧在试件上；试件的底部由Z向定位板支撑，Z向定位板连接在Z向千斤顶上；试件的顶部顶在动载传力活塞的一端；动载传力活塞的另一端与位于动载腔筒体内的动载腔传力板相连接；动载腔筒体内设置有爆炸源。本发明测试原理直观、荷载状态模拟准确、拆卸方便、易于操作。

技术领域

本发明涉及爆炸力学及岩土工程室内模型试验技术，尤其涉及一种动静组合加载的试验装置及试验方法。

背景技术

动载荷与静载荷组合作用在岩土工程尤其是深部地下工程、大跨度地下工程的结构稳定性和安全性分析中经常遇到；动载荷主要是指在爆破开挖、偶然爆炸或武器打击等条件下产生的爆炸现象并作用在工程结构上的爆炸载荷，包括空气冲击波、地冲击、爆炸强震动等，其显著特点是峰值强度高、加载历时短、荷载变化大、瞬时作用强烈；静载荷主要是指由于岩土体分布、地质构造作用等产生的荷载，包括地应力、构造应力等，其特点是荷载强度稳定、作用时间长、长期效应显著等。通常，岩土体内部是一个相对稳定的静荷载环境；当在岩土体内部开展工程建设时，不可避免地对其产生强烈扰动并破坏了相对稳定的环境，使得静荷载对工程的作用发生了复杂变化，这是目前工程领域研究的热点；在岩土工程的建设阶段，尤其是坚硬岩体中的爆破开挖施工，会对静荷载的重新分布和方向产生明显影响；另外，在岩土工程的建设和运行阶段，尤其对于重要的地下工程，有可能会遭受偶然爆炸或武器打击等强动载作用，这种不能预计的爆炸动载，其产生的影响将更强于可控制的爆破作用；爆炸动载荷和静载荷组合作用下，对岩土工程结构性能要求产生很大的影响，因此，对于岩土体与工程结构在动载荷与静载荷组合作用下的性能研究是涉及爆炸力学与岩土工程领域重要的工作。目前关于动、静载组合作用下岩土体与工程结构响应特性方面的研究还不多。

动荷载尤其是爆炸强动载作用下，岩土体与工程结构的力学行为发生较大变化，与单独的静载荷作用下的情况存在较大的差异。早期，德、法等欧洲国家采用加载率，或者称作应力率，进行衡量，而美国则主要采用应变率作为衡量参数。目前，各国基本统一采用应变率作为表征岩土体与工程结构动态力学行为变化规律的基本参数。近年来，国内外研究者做了大量关于岩土体及工程结构的动态力学参数试验，但是结果相差较大，究其原因，造成这种差异的主要是因为各个研究者采用的试验方法和装置不同。因此，需要清晰了解目前常用的各种试验方法与装置的使用原理及范围。

静载试验研究中，目前主要是单轴和三轴试验，主要试验设备有MTS系列岩石三轴伺服刚性试验机美国、INSTRON系列电液伺服试验系统英国、三向加载模型试验装置中国、拉压真三轴仪等，上述设备能够较好地进行岩土体或岩土体模拟材料的单轴和三轴试验，并且能够测定其轴向荷载、轴向变形、横向变形和体积变形等的全过程曲线。研究者先后进行了各种应力比下的三向拉、压静态试验，拉压联合作用静态试验，循环荷载下材料疲劳性能等。目前的静载试验研究理论与设备均已达到相当系统完善的水平，但静载试验设备均不能开展动态性能研究。