CN104931334A - 一种基于爆炸自毁作用的加卸载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于爆炸自毁作用的加卸载装置，包括高强混凝土柱、金属圆盘、起爆孔管、内壳、凹槽；内壳为圆柱体型空壳、其内空腔作为装药药室；内壳上顶面固定设置有金属圆盘、并与金属圆盘一起封装在高强混凝土柱内、下底面通过起爆孔管与外界连通；高强混凝土柱下底面沿下底面半径方向设置有与起爆孔管连通的凹槽；普通乳化炸药通过起爆孔管注入装药药室内，电雷管通过起爆孔管置入装药药室内，使电雷管前端与乳化炸药相接触，并把电雷管脚线通过凹槽引出。本发明可以通过装药改变爆炸荷载特性从而模拟不同的爆破开挖工况，实现了对实际工程中爆炸加载及开挖瞬态卸荷过程的真实模拟。

Description

一种基于爆炸自毁作用的加卸载装置

技术领域

本发明属于岩土工程试验技术领域，具体涉及一种基于爆炸自毁作用的加卸载装置。

背景技术

爆破是岩体工程开挖的主要手段，研究岩体在爆炸加载和卸荷作用下的动态响应具有重要意义，而爆破中的加卸载过程均是高应变率，但传统的加载结构却不能达到高应变率的要求，分离式霍普金森压杆技术被认为是获得材料在高应变率范围内本构关系的主要实验手段。

在分离式霍普金森压杆试验中，杆中传播的应力波同时承担加载和测试的功能。通过监测入射杆和透射杆中的应力波传播，可求解杆件与试样端面的应力-位移-时间关系，进而在局部平衡条件下求解试样的应力-应变关系。

传统的分离式霍普金森压杆试验是由子弹直接撞击入射杆提供高应变率加载，通过整形器过滤加载波中由于直接碰撞引起的高频分量，从而减小波的弥散效应。同时设计压力传递法兰等相关装置，实现了单脉冲加载，另外，为研究加载历史对材料力学性能的影响，还考虑了反射波在入射杆撞击端反射所产生的二次加载的因素，或设计可精确控制二次冲击间隔时间的夹心弹。

但上述的加载方式都只能产生单次或者多次脉冲加载，却不能很好的模拟爆破过程中先加载然后瞬态卸载的过程。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术，在分离式霍普金森压杆的基础上，设计一种基于爆炸自毁作用的加卸载装置，以模拟爆破开挖过程中爆炸加载和初始应力的瞬态卸载。

本发明所采用的技术方案是：一种基于爆炸自毁作用的加卸载装置，其特征在于：所述的加卸载装置包括高强混凝土柱、金属圆盘、起爆孔管、内壳、凹槽；所述的内壳为圆柱体型空壳、其内空腔作为装药药室；所述的内壳上顶面固定设置有所述的金属圆盘、并与所述的金属圆盘一起封装在所述的高强混凝土柱内、下底面通过所述的起爆孔管与外界连通；所述的高强混凝土柱下底面沿下底面半径方向设置有与所述的起爆孔管连通的凹槽；普通乳化炸药通过所述的起爆孔管注入所述的装药药室内，电雷管通过所述的起爆孔管置入所述的装药药室内，使电雷管前端与乳化炸药相接触，并把电雷管脚线通过所述的凹槽引出。

作为优选，所述的高强混凝土柱是以高强混凝土为材料制作而成的直径为50-150mm、高为100mm的圆柱体型混凝土柱。

作为优选，所述的起爆孔管是采用聚氯乙烯（PVC）材料制作而成的底面直径为10mm、高为40mm的圆柱体型空壳。

作为优选，所述的内壳是采用聚氯乙烯（PVC）材料制作而成的底面直径为25-50mm、高为40mm的圆柱体型空壳。

作为优选，所述的凹槽是截面尺寸为2mm×2mm的正方形、长度为50mm的长方体凹槽。

作为优选，所述的电雷管采用的是8号电雷管。

本发明提供的一种分离式霍普金森杆，其特征在于：包括初始加载端、加卸载装置、防护装置、入射杆、试样、透射杆、吸收杆、吸收器、应变片、超动态应变仪、数字示波器、数据处理系统；所述的初始加载端、加卸载装置、入射杆、透射杆、吸收杆、吸收器均由支架固定并置于同一条直线上，所述的试样安装到所述的入射杆与透射杆之间并用固定装置固定，所述的加卸载装置和试件的周围布置安装有所述的防护装置；所述的入射杆、试样和透射杆上均粘贴安装有所述的装应变片以记录其在试验过程中的应变情况，并将连接所述的应变片的电缆与所述的超动态应变仪相连接、用以测量所述的应变片所记录的高频应变；所述的超动态应变仪、数字示波器和数据处理系统顺序连接，所述的数字示波器用于显示记录下的波形并导入所述的数据处理系统最终得到试样的应力应变关系。

本发明具有以下优点：

1）通过调整装置中装药药室的装药量及炸药品种以改变爆炸荷载特性，从而实现了模拟不同的爆破开挖工况；

2）在分离式霍普金森压杆试验的基础上，把传统的加载端替换成由初始加载端和爆炸加卸载装置组成的特殊加载组合，采用液压泵施加压力于初始加载端模拟原岩所处的地应力状态，利用炸药爆炸破碎高强混凝土柱的过程实现了对实际工程中的爆炸加载及开挖瞬态卸荷过程的真实模拟。

附图说明

图1：本发明实施例的剖面图；

图2：本发明实施例的三维立体图；

图3：本发明实施例应用在分离式霍普金森杆中的结构图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1和图2，本发明提供的一种基于爆炸自毁作用的加卸载装置，加卸载装置2包括高强混凝土柱14、金属圆盘15、起爆孔管16、内壳17、凹槽20；高强混凝土柱14是以高强混凝土为材料制作而成的直径为50-150mm、高为100mm的圆柱体型混凝土柱；起爆孔管16是采用聚氯乙烯材料制作而成的底面直径为10mm、高为40mm的圆柱体型空壳；内壳17是采用聚氯乙烯材料制作而成的底面直径为25-50mm、高为40mm的圆柱体型空壳、其内空腔作为装药药室13。内壳17上顶面固定设置有金属圆盘15、并与金属圆盘15一起封装在高强混凝土柱14内、下底面通过起爆孔管16与外界连通；高强混凝土柱14下底面沿下底面半径方向设置有与起爆孔管16连通的凹槽20，凹槽20是截面尺寸为2mm×2mm的正方形、长度为50mm的长方体凹槽；普通乳化炸药通过起爆孔管16注入装药药室13内，8号电雷管18通过起爆孔管16置入装药药室13内，使电雷管18前端与乳化炸药相接触，并把电雷管脚线19通过凹槽20引出。

请见图3，本发明提供的基于爆炸自毁作用的加卸载装置安装在分离式霍普金森杆中，分离式霍普金森杆包括初始加载端1、加卸载装置2、防护装置3、入射杆4、试样5、透射杆6、吸收杆7、吸收器8、应变片9、超动态应变仪10、数字示波器11、数据处理系统12；初始加载端1、加卸载装置2、入射杆4、透射杆6、吸收杆7、吸收器8均由支架固定并置于同一条直线上，试样5安装到入射杆4与透射杆6之间并用固定装置固定，同时在加卸载装置2和试件5的周围布置安装防护装置3；分别在入射杆4、试样5和透射杆6上粘贴安装有应变片9以记录其在试验过程中的应变情况，并将连接应变片9的电缆与超动态应变仪10相连接、用以测量应变片9所记录的高频应变；超动态应变仪10、数字示波器11和数据处理系统12顺序连接，数字示波器11用于显示记录下的波形并导入数据处理系统12最终得到试样的应力应变关系。

本实施例的制作过程包括以下步骤：

步骤1、首先按照上述的结构设计尺寸制作加卸载装置2的模具，用水泥、砂、石原材料外加减水剂经拌合后倒入模具，待混凝土柱浇筑成型后，在标准条件下养护到指定强度。

步骤2、将普通乳化炸药用注射装置通过起爆孔管16注入圆柱体型装药药室13内，待炸药即将填满整个装药药室13时停止注射。

步骤3、采用8号电雷管18作为炸药的引爆装置，将电雷管18通过起爆孔管16置入，使电雷管18前端与乳化炸药相接触，同时保护脚线不受损坏，并把脚线通过加卸载装置2底部凹槽20引出。

步骤4、把装药完成的加卸载装置2安装到分离式霍普金森杆的相应位置，整个分离式霍普金森杆的各个部件均由支架固定并置于同一条直线上。用固定装置把初始加载端1、加卸载装置2和入射杆4固定等待加载，并把试件5安装到入射杆4与透射杆6之间并用特定装置固定。同时在加卸载装置2和试件5的周围布置好防护装置3。

步骤5、分别在入射杆4、试样5和透射杆6上贴应变片9以记录其在试验过程中的应变情况，并将连接应变片9的电缆与超动态应变仪10相连接用以测量应变片9所记录的高频应变，同时数字示波器11可以显示记录下的波形并导入数据处理系统12最终得到试样的应力应变关系。

步骤6、采用液压加载装置，通过初试加载端1进行加载，达到设计压力后，利用刚性阀门控制初始加载端1的压力。

步骤7、通过电雷管脚线19引爆电雷管18，炸药的爆炸能量破碎混凝土柱，完成先加载然后瞬态卸载的过程。

步骤8、通过分析应变片9上记录的数据，研究爆破开挖扰动过程中保留岩体的动力学特性，并分析在爆炸荷载及开挖瞬态卸荷耦合作用下岩石应变能的存储及释放过程。

为了进一步增强模拟爆炸加载及开挖瞬态卸荷过程的可靠性，本试验可进一步采取：

1）、试验中的岩石试件选取待分析区域的原岩，加工成直径50mm，长度100mm的圆柱体试件，约50个。

2）、在试件与杆的接触面涂抹润滑油，降低端面摩擦对试验结果造成的影响。

3）、本试验中给试件施加初始荷载时，初始加载端上荷载的加载速率不大于15N/s，且根据工程实际情况，通常把初始压力设为10、15、20和30MPa四个级别，每个压力级别分析4个试件。

尽管本说明书较多地使用了初始加载端1、加卸载装置2、防护装置3、入射杆4、试样5、透射杆6、吸收杆7、吸收器8、应变片9、超动态应变仪10、数字示波器11、数据处理系统12、装药药室13、高强混凝土柱14、金属圆盘15、起爆孔管16、内壳17、电雷管18、电雷管脚线19、凹槽20等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于爆炸自毁作用的加卸载装置，其特征在于：所述的加卸载装置（2）包括高强混凝土柱（14）、金属圆盘（15）、起爆孔管（16）、内壳（17）、凹槽（20）；所述的内壳（17）为圆柱体型空壳、其内空腔作为装药药室（13）；所述的内壳（17）上顶面固定设置有所述的金属圆盘（15）、并与所述的金属圆盘（15）一起封装在所述的高强混凝土柱（14）内、下底面通过所述的起爆孔管（16）与外界连通；所述的高强混凝土柱（14）下底面沿下底面半径方向设置有与所述的起爆孔管（16）连通的凹槽（20）；普通乳化炸药通过所述的起爆孔管（16）注入所述的装药药室（13）内，电雷管（18）通过所述的起爆孔管（16）置入所述的装药药室（13）内，使电雷管（18）前端与乳化炸药相接触，并把电雷管脚线（19）通过所述的凹槽（20）引出。

2.根据权利要求1所述的基于爆炸自毁作用的加卸载装置，其特征在于：所述的高强混凝土柱（14）是以高强混凝土为材料制作而成的直径为50-150mm、高为100mm的圆柱体型混凝土柱。

3.根据权利要求1所述的基于爆炸自毁作用的加卸载装置，其特征在于：所述的起爆孔管（16）是采用聚氯乙烯材料制作而成的底面直径为10mm、高为40mm的圆柱体型空壳。

4.根据权利要求1所述的基于爆炸自毁作用的加卸载装置，其特征在于：所述的内壳（17）是采用聚氯乙烯材料制作而成的底面直径为25-50mm、高为40mm的圆柱体型空壳。

5.根据权利要求1所述的基于爆炸自毁作用的加卸载装置，其特征在于：所述的凹槽（20）是截面尺寸为2mm×2mm的正方形、长度为50mm的长方体凹槽。

6.根据权利要求1所述的基于爆炸自毁作用的加卸载装置，其特征在于：所述的电雷管（18）采用的是8号电雷管。

7.一种分离式霍普金森杆，其特征在于：包括初始加载端（1）、加卸载装置（2）、防护装置（3）、入射杆（4）、试样（5）、透射杆（6）、吸收杆（7）、吸收器（8）、应变片（9）、超动态应变仪（10）、数字示波器（11）、数据处理系统（12）；所述的初始加载端（1）、加卸载装置（2）、入射杆（4）、透射杆（6）、吸收杆（7）、吸收器（8）均由支架固定并置于同一条直线上，所述的试样（5）安装到所述的入射杆（4）与透射杆（6）之间并用固定装置固定，所述的加卸载装置（2）和试件（5）的周围布置安装有所述的防护装置（3）；所述的入射杆（4）、试样（5）和透射杆（6）上均粘贴安装有所述的装应变片（9）以记录其在试验过程中的应变情况，并将连接所述的应变片（9）的电缆与所述的超动态应变仪（10）相连接、用以测量所述的应变片（9）所记录的高频应变；所述的超动态应变仪（10）、数字示波器（11）和数据处理系统（12）顺序连接，所述的数字示波器（11）用于显示记录下的波形并导入所述的数据处理系统（12）最终得到试样的应力应变关系。