[发明专利]测试岩土体动载、静载作用下力学特性的实验装置及方法

权利要求书

1.一种测试岩土体动载、静载作用下力学特性的实验装置，其特征是：在试验台（15）上固定有内外两块限位板（10），内外两块限位板（10）均垂直于试验台（15）的台面，且内外两块限位板（10）呈平行设置，在内外两块限位板（10）之间滑动安装有若干层左侧预制钢板（41）与右侧预制钢板（42），左侧预制钢板（41）垂直于试验台（15）并垂直于限位板（10）的台面，右侧预制钢板（42）垂直于试验台（15）并垂直于限位板（10）的台面，同一层中的左侧预制钢板（41）的宽度与右侧预制钢板（42）的宽度相等，位于最上层的左侧预制钢板（41）的上端面、右侧预制钢板（42）的上端面与内外两块限位板（10）的上端面平齐，在左侧预制钢板（41）左侧的试验台（15）上固定有霍普金森压杆控制器（7），在霍普金森压杆控制器（7）上安装有数量与预制钢板层数相同的霍普金森压杆（5），每根霍普金森压杆（5）的右端部均对准与其对应的左侧预制钢板（41）的左侧壁几何中心进行固定，在右侧预制钢板（42）右侧的试验台（15）上固定有水平方向恒压控制器（8），在水平方向恒压控制器（8）上安装有数量与预制钢板层数相同的水平方向恒压杆（6），每根水平方向恒压杆（6）的左端部均对准与其对应的右侧预制钢板（42）的右侧壁几何中心进行固定，在右侧预制钢板（42）的右侧壁上固定有声发射探测头（9）；

由左侧预制钢板（41）、右侧预制钢板（42）与内外两块限位板（10）构成岩土层（11）的填充空间，在填充空间内放置待测的岩土层（11），岩土层（11）的上表面与左侧预制钢板（41）、右侧预制钢板（42）的上端面平齐，岩土层（11）的下表面与左侧预制钢板（41）、右侧预制钢板（42）的下端面平齐，在岩土层（11）内埋设位移传感器（14）与土压力盒（13）；

在最上层填充空间的上方设有竖直方向加载控制器（16），在竖直方向加载控制器（16）上安装有若干竖直方向恒压杆（1），竖直方向恒压杆（1）的下端部固定有刚性板（2），在刚性板（2）的下表面固定有柔性垫（3）；

还包括试验数据采集器（100）、计算机主机（200）与显示器（300）；声发射探测头（9）、位移传感器（14）、土压力盒（13）均与试验数据采集器（100）相连，试验数据采集器（100）、霍普金森压杆控制器（7）、水平方向恒压控制器（8）以及竖直方向加载控制器（16）均与计算机主机（200）连接，计算机主机（200）与显示器（300）连接。

2.根据权利要求1所述的测试岩土体动载、静载作用下力学特性的实验装置，其特征是：所述位移传感器（14）与土压力盒（13）均设置在岩土层（11）内层厚中部位置并对应于水平方向恒压杆（6）的左端部与霍普金森压杆（5）的右端部之间位置，位移传感器（14）与土压力盒（13）之间间隔一段距离。

3.根据权利要求1所述的测试岩土体动载、静载作用下力学特性的实验装置，其特征是：在右侧预制钢板（42）的右侧壁上并沿水平方向恒压杆（6）为中心均设3个声发射探测头（9）。

4.根据权利要求1所述的测试岩土体动载、静载作用下力学特性的实验装置，其特征是：所述岩土层（11）的填充空间为长方体型。

5.一种测试岩土体动载、静载作用下力学特性的实验方法包括以下步骤：

A：将霍普金森压杆控制器（7）、水平方向恒压控制器（8）均与计算机主机（200）相连，计算机主机（200）与显示器（300）连接；根据每实验岩土层（11）厚度将霍普金森压杆控制器（7）的每根霍普金森压杆（5）与对应的左侧预制钢板（41）的几何中心固定、将水平方向恒压控制器（8）的水平方向恒压杆（6）与对应的右侧预制钢板（42）的几何中心固定，保证内外两块限位板（10）在试验台（15）上的安装位置正确，使左侧预制钢板（41）、右侧预制钢板（42）可沿两限位板（10）间可水平方向自由滑动；

B：将每岩土层（11）按相似模拟要求分层填充到由左侧预制钢板（41）、右侧预制钢板（42）与内外两块限位板（10）构成的填充空间内，填充过程中将用于监测岩土层（11）内土体位移参数的位移传感器（14）与用于监测岩土层（11）内土体压力参数的土压力盒（13）埋设在岩土层（11）内；

C：将用于监测岩土层（11）内土体能量释放参数的声发射探测头（9）固定到右侧预制钢板（42）的右侧壁上，确保声发射探测头（9）与右侧预制钢板（42）贴合紧密不松动，将声发射探测头（9）、位移传感器（14）、土压力盒（13）均与试验数据采集器（100）相连，试验数据采集器（100）与计算机主机（200）相连；

D：将竖直方向加载控制器（16）与计算机主机（200）相连，根据实验要求，竖直方向加载控制器（16）通过竖直方向恒压杆（1）、刚性板（2）与柔性垫（3）将竖直方向上的恒压均匀加载到位于最上层的岩土层（11）上；

E：根据实验要求，霍普金森压杆控制器（7）对每一岩土层（11）施加不同动载或者相同动载，在水平方向恒压杆（6）和竖直方向恒压杆（1）的恒压作用下，岩土层（11）内会发生应力集中、变形；

F：试验数据采集器（100）实时对整个动加载和静加载过程中的位移传感器（14）所监测到的岩土层（11）内的土体位移参数、土压力盒（13）所监测到的岩土层（11）内土体的压力参数以及声发射探测头（9）所监测到的能量释放参数进行数据采集；

G：将试验数据采集器（100）采集到的信息传输到计算机主机（200）上进行数据分析，可得出实验岩土层（11）整个动加载和静加载的过程中的位移情况、压力情况与能量释放情况并在显示器（300）上进行显示。