[发明专利]一种动静组合电磁加载霍普金森岩石杆波传播测试装置

说明书

本发明提供了一种动静组合电磁加载霍普金森岩石杆波传播测试装置主要由加载框架系统、岩石杆系统、电磁脉冲发射系统、轴压伺服控制加载系统、数据监测与采集系统组成。加载框架系统主要由支撑平台、连杆、岩石杆支座以及轴压加载固定挡板组成，起到提供支撑平台并引导岩石杆件对中的作用。岩石杆系统由满足不同试验需求的直径相等，长度和数量不等，材质相等或不等的岩石杆组成。电磁脉冲发射系统主要由电磁脉冲应力波激发腔及其控制系统构成。轴压伺服控制加载系统由液压加载油缸、轴压加载活塞以及轴压伺服控制系统组成。轴压伺服控制加载系统的功能为程序化控制油源系统的加载、保持和卸载，可保证静态轴压在测试过程保持相对稳定。

技术领域

本发明属于岩体中应力波传播研究领域。更具体地说，涉及一种用于岩体中应力波传播和衰减规律研究的动静组合电磁加载霍普金森岩石杆波传播测试装置。

背景技术

岩石材料不同于其他工程材料，其内部包含有大量的预先存在的缺陷，例如微孔洞、微裂隙、节理、节理组以及结构面等。这些预先存在的缺陷不仅控制着岩体材料的力学特性，还显著的影响岩体的波动特性(例如应力波传播和衰减)。因此，研究岩石材料和岩体结构的波动特性，尤其岩体内部节理或节理组对应力波传播和衰减规律，对分析和评估岩体工程在地震波或爆炸波等作用下的安全性和稳定性显得尤为重要。目前，研究岩石内部预先存在的节理裂隙等缺陷对波传播和衰减规律的影响的方法主要有两种，一种是利用超声波测量系统对节理岩石试样或者含内部缺陷岩石试样进行高频率、低幅值的超声波传播测量来分析节理裂隙对超声波传播和衰减规律的影响；另一种是利用传统一维霍普金森杆对含单一预制节理岩石试样进行高幅值、低频率的一维应力波传播测试来研究单一节理对应力波传播和衰减规律的影响。现有方法极大地促进了人们理解并掌握岩石节理对波传播和衰减规律。但是，上述两种方法均是基于等效直径和长度均小于等于50mm的小尺寸岩石节理开展的试验研究，无法开展接近于实际工况下的大尺度(岩体长度达到米级)岩体中应力波传播和衰减规律研究。因此，现有技术还有待改进。

发明内容

为解决现有实验装置及测试方法无法开展接近于实际情况下的大尺度(岩体长度达到米级)岩体结构中的应力波传播和衰减规律研究，本发明提出一种动静组合电磁加载霍普金森岩石杆波传播测试装置，弥补了现有岩体中应力波传播实验研究装置的缺陷，尤其是解决了现有装置无法开展考虑岩体初始静应力条件下的岩体中应力波传播研究的技术难题，可为岩体工程的设计、防护以及安全性和稳定性评估提供重要的技术支持。

动静组合电磁加载霍普金森岩石杆波传播测试装置主要由加载框架系统、岩石杆系统、电磁脉冲发射系统、轴压伺服控制加载系统、数据监测与采集系统组成。

加载框架系统主要由支撑平台、连杆、岩石杆支座以及轴压加载固定挡板组成，起到提供支撑平台并引导岩石杆件对中的作用。岩石杆系统主要由满足不同试验需求的直径相等，长度和数量不等，材质相等或不等的岩石杆组成。电磁脉冲发射系统主要由电磁脉冲应力波激发腔及其控制系统构成。轴压伺服控制加载系统主要由液压加载油缸、轴压加载活塞以及轴压伺服控制系统组成。轴压伺服控制加载系统的功能为程序化控制油源系统的加载、保持和卸载，可保证静态轴压在测试过程保持相对稳定。数据监测与采集系统主要由多通道高速同步记录仪、应变片、惠斯通电桥以及应变信号放大器构成，能确保岩体中应力波传播测试数据完整且有效的被记录和存储。

图1为动静组合电磁加载霍普金森岩石杆波传播测试装置三维图，试验装置置于支撑平台1上，主要由加载框架系统、岩石杆系统、电磁脉冲发射系统、轴压伺服控制加载系统、数据监测与采集系统组成。入射端轴压加载固定挡板2固定于支撑平台1的入射端部，其中心和四周分别设置有大圆孔和小圆孔，此处的大圆孔和小圆孔是相对的说法，即入射端轴压加载固定挡板2中间设置的圆孔的尺寸大于四周设置的圆孔的尺寸，所以此处是清楚的。下面透射端轴压加载固定挡板11的大圆孔和小圆孔同此处的理解。