[发明专利]高应变率循环动态加载三轴岩石力学试验系统

说明书

本发明属于岩石力学试验设备技术领域，具体涉及一种高应变率循环动态加载三轴岩石力学试验系统，旨在解决现有技术中动态加载岩石力学试验装置无法进行高应变率循环动态加载的问题，本申请的高应变率循环动态加载三轴岩石力学试验系统通过金属丝电爆炸驱动含能棒产生峰值压力、持续时间、波形可控的强冲击波，结合高刚度反力加载框架、高刚度作动器，通过冲击波多次激发，实现高应变率循环动态加载；通过三轴自平衡压力室、高频响伺服控制器实现恒定围压控制；采用激光测量技术实现应变的非接触式精密测量、光纤位移干涉位移测量、高频动态压阻式压力传感器采集动态加载压力数据，实现试验过程中高速高分辨率物理量测量。

技术领域

本发明属于岩石力学试验设备技术领域，具体涉及一种高应变率循环动态加载三轴岩石力学试验系统。

背景技术

爆炸、冲击波是地质体工程中常见的动荷载形式，这种动荷载对岩体近区动载作用频率为千赫兹量级，对中远区的动载作用频率为几十至百赫兹量级，岩体所承受的应变率范围10^-2～10⁴/s。目前高应变率动态加载岩石力学试验装置有气液联动岩石力学试验机、霍普金森压杆、轻气炮等，这些试验装置存在二个主要问题：一是依赖于气液联动或者高频响液压传动装置实现动态加载的试验装置，有效应变率范围有限，难以满足10¹～10⁴/s应变率范围动态加载；二是依赖于气动或者电磁加载实现高应变率动态加载，但不能实现可控动荷载形循环加载。这两个问题导致了现有的动态加载岩石力学试验装置无法进行高应变率循环动态加载。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中动态加载岩石力学试验装置无法进行高应变率循环动态加载的问题，本申请提供一种高应变率循环动态加载三轴岩石力学试验系统，包括主机加载模块、动态循环加载模块和动态测量模块；

所述主机加载模块包括加载框架以及装设于所述加载框架内部的三轴压力机构和作动器，所述作动器装设于所述三轴压力机构下方，所述三轴压力机构用于对放置于其内部的岩石试样施加轴压和围压，所述加载框架能够配合所述作动器构成反力框架，以对所述三轴压力机构施加轴向压力；

所述动态循环加载模块包括驱动机构、固定机构和移动机构，所述驱动机构与所述固定机构固定装设于所述作动器下方，所述移动机构可移动地设置于所述作动器下方。所述移动机构内部装设有若干个依次排列的冲击波激发装置，所述冲击波激发装置内部装设有含能棒，所述移动机构能够在所述驱动机构的驱动下相对于所述固定机构往复运动；

在工作状态下，所述驱动机构驱动所述移动机构相对于所述固定机构往复运动，以使得各所述冲击波激发装置的第一作用部依次与所述固定机构的第二作用部接触并激发所述含能棒产生可控冲击波，所述可控冲击波施力于所述作动器使其对所述岩石试样沿竖直方向进行高应变率压缩运动，以实现对岩石试样的高应变率循环动态加载；

所述动态测量模块用于获取试验过程中岩石试样的轴向压力数据、径向变形数据和轴向变形数据。

在一些优选技术方案中，所述作动器外部套设有油缸，所述油缸用于在动态循环加载模块工作前，驱动所述作动器沿竖直方向向上运动，以带动所述三轴压力机构的活塞与所述加载框架紧密配合，为所述三轴压力机构提供预紧力。

在一些优选技术方案中，所述加载框架包括门型框架，所述加载框架的上横梁在靠近所述三轴压力机构的位置设置有与所述三轴压力机构同轴的上负荷压力传感器。

在一些优选技术方案中，所述主机加载模块包括液压油源和伺服控制器；所述液压油源与所述三轴压力机构连接，所述伺服控制器与所述液压油源通信连接；所述液压油源内用于存储液压油，所述伺服控制器通过控制所述液压油源能够将液压油输入至所述三轴压力机构内为岩石试样提供围压；并在试验后向所述三轴压力机构内加压以使液压油回到所述液压油源。