CN108593236B - 一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，包括：将两个相同的岩石杆件置于实验架上，将每一个岩石杆件的一端以无反射边界条件固定，并通过约束组件约束其径向自由度；在两个岩石杆件的同一位置贴应变片，并分别将应变片与动态应变仪连接；分别对两个岩石杆件的另一端施加轴向压力，并依次对应变值达到预期应变值的岩石杆件停止加压；对一个杆件进行爆破冲击卸荷，对另一个进行瞬态卸荷；根据爆破冲击卸荷对应的动态应变数据和瞬态卸荷对应的动态应变数据，完成荷载分离。本发明可有效模拟高地应力条件下爆破开挖卸荷，成功实现爆破冲击荷载与地应力瞬态卸荷荷载的分离，检测出卸载波及爆破冲击应力波在岩体内部的传播规律。

Description

一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法

技术领域

本发明涉及岩体工程技术领域，特别涉及一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法。

背景技术

由于西部地区地质、地形条件复杂，各类水利水电、铁路桥隧工程往往涉及到高地应力条件下大规模的坝基、高边坡和地下洞室群的岩体爆破开挖工作。根据以往小湾、溪洛渡、拉西瓦等大型水电项目的经验，这类工程往往面临严峻的大型岩体卸载松弛及变形控制难题。同时，在矿山岩体开挖、核废料深部处置等工程中也极易由开挖扰动引起地质灾害。根据大量的观测资料，这类问题往往是爆破冲击荷载与瞬态卸荷荷载共同作用产生的。因此，分析爆破开挖荷载的组成，研究爆破冲击荷载与地应力瞬态卸荷荷载的分离与耦合模式等问题具有重要的理论意义和广阔的工程应用价值。

发明内容

本发明提供了一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，解决或部分解决了以上所述的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，包括：

步骤1、分别将两个相同的岩石杆件置于实验架上，将每一个所述岩石杆件的一端以无反射边界条件固定，并通过约束组件约束每一个所述岩石杆件的径向自由度；

步骤2、在所述两个岩石杆件的同一位置分别贴应变片，并分别将所述应变片与动态应变仪连接；

步骤3、对一个所述岩石杆件的另一端通过爆破固定组件施加轴向压力，对另一个所述岩石杆件的另一端通过瞬态固定组件施加轴向压力或者通过另一个所述爆破固定组件无轴向压力固定，并根据所述动态应变仪测得的应变值，对有轴向压力且应变值达到预期初始应变值的岩石杆件停止加压；

步骤4、当两个所述岩石杆件分别无轴向加压时，对所述爆破固定组件对应的岩石杆件进行爆破冲击卸荷，对所述瞬态固定组件对应的岩石杆件进行瞬态卸荷；

步骤5、根据所述动态应变仪记录的在所述预期初始应变值下的所述爆破冲击卸荷对应的第一动态应变数据和所述瞬态卸荷对应的第二动态应变数据，得到所述爆破冲击单独作用下的第三动态应变数据，或者，根据所述动态应变仪记录的所述第一动态应变数据和在无轴向压力下的所述爆破冲击卸荷对应的第四动态应变数据，得到所述瞬态卸荷单独作用下的第五动态应变数据，完成荷载分离。

本发明的有益效果是：本发明通过上述技术方案，首先可以有效模拟高地应力条件下开挖瞬态卸荷，成功实现了爆破冲击荷载与地应力瞬态卸荷荷载的分离，检测出卸载波及爆破冲击应力波在岩体内部的传播规律，为深入研究爆破冲击荷载与地应力瞬态卸荷荷载分离与耦合模式以及爆破开挖扰动下岩体松动机理提供了有效的实验工具。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤1之前，所述方法还包括：

步骤6、采用混凝土浇筑或通过对岩石切割打磨，制得岩石杆件；

其中，所述岩石杆件的横截面为圆形或正方形，所述岩石杆件的长度为 1～2米，所述圆形的直径为0.05～0.07米，或者，所述正方形的边长为0.05～0.07 米。

本发明的进一步有益效果：岩石杆件可分别为混凝土浇筑而成，或直接对现有岩石进行切割打磨，另外，岩石杆件可以为无节理和有节理。只要符合自然岩石的特性就可以。

进一步，所述步骤5包括：

步骤5.1、根据所述动态应变仪记录的动态应变数据，得到在所述预期初始应变值下的所述爆破冲击卸荷对应的第一动态应变数据和所述瞬态卸荷对应的第二动态应变数据或者在无轴向压力下的所述爆破冲击卸荷对应的第四动态应变数据；

步骤5.2、将所述第一动态应变数据减去所述第二动态应变数据，得到所述爆破冲击单独作用下的第三动态应变数据，或者，将所述第一动态应变数据减去所述第四动态应变数据，得到所述瞬态卸荷单独作用下的第五动态应变数据，完成荷载分离。

进一步，所述步骤2包括：

步骤2.1、确定所述两个岩石杆件上的同一应变测试位置；

步骤2.2、清洁所述测试位置；

步骤2.3、在所述测试位置涂抹环氧树脂；

步骤2.4、待所述环氧树脂干燥后，打磨所述测试位置；

步骤2.5、在所述测试位置贴应变片；

步骤2.6、将所述应变片与动态应变仪连接。

本发明的进一步有益效果是：清洁所述应变片位置的岩石杆件的表面，确保动态应变仪检测更加准确可靠。

进一步，所述步骤2还包括：

步骤2.7、在所述位置的应变片上增设温度补偿片；

步骤2.8、将所述动态应变仪接地；

步骤2.9、分别采用半桥接法将所述温度补偿片和所述应变片通过接线盒与所述动态应变仪连接。

本发明的进一步有益效果是：通过温度补偿，以抵消在杆件因温度变化而带来的应变，使得动态应变仪测得的应变数据更加准确。动态应变仪接地，消除环境对动态信号的影响。

进一步，所述步骤2之前，所述方法还包括：

步骤7、取与所述两个岩石杆件同等规格的第三个岩石杆件，采用材料压缩试验机测试所述第三个岩石杆件的弹性模量，并根据预期加载应力值和所述弹性模量，计算所述预期初始应变值，其中，所述预期加载应力值大于 0。

本发明的进一步有益效果是：首先测得岩石杆件的弹性模量，根据预期的加载应力值和该弹性模量，即可计算得到初始应变值。

进一步，所述步骤1中，所述将每一个所述岩石杆件的一端以无反射边界条件固定，具体包括：将每一个所述岩石杆件的一端固定，并用石膏封紧；

所述约束组件包括多个螺栓和滑轮，则所述步骤1中，所述通过约束组件约束每一个所述岩石杆件的径向自由度，具体包括：沿所述岩石杆件的轴线每隔预设距离，用四个所述螺栓分别抵住所述岩石杆件的上、下、左、右四个位置，且所述螺栓与所述岩石杆件之间设置所述滑轮。

本发明的进一步有益效果是：将岩石杆件装入试验架，岩石杆件的一端固定，并用石膏封紧，以创造无反射边界条件，另一端自由。岩石杆件的径向自由度用螺栓固定，沿杆件轴线可每隔0.03m，分别用四个螺栓顶住杆件上、下、左、右四个位置，螺栓与杆件之间设置滑轮，用来保证限制杆件径向弯曲变形的同时，轴向能自由产生压缩与拉伸变形。

进一步，所述爆破固定组件包括：第一千斤顶和中部钻有孔的爆破破碎杆件，所述岩石杆件的另一端、所述爆破破碎杆件和所述第一千斤顶依次共轴连接，其中，所述爆破破碎杆件的形状与该岩石杆件的形状相同，所述爆破破碎杆件的长度为该岩石杆件的长度的十五分之一，所述孔中设有雷管；

所述瞬态固定组件包括：第二千斤顶和由多个钢制圆形垫片或多个方形垫片粘贴组成的卸载块，所述岩石杆件的另一端、所述卸载块和所述第二千斤顶依次共轴连接，其中，所述圆形垫片的直径与该岩石杆件的横截面直径相等，或者，所述方形垫片的边长与该岩石杆件的横截面边长相等。

本发明的进一步有益效果是：能够快速卸除轴向的初始应力，同时不会使杆件上产生横向的剪切应变。

进一步，所述步骤3包括：

通过一个所述第一千斤顶对其对应的所述爆破破碎杆件和所述爆破破碎杆件对应的所述岩石杆件的另一端施加轴向压力，当所述动态应变仪测得的应变值等于预期初始应变值时，停止对该岩石杆件加压；

通过所述第二千斤顶对所述卸载块和所述卸载块对应的所述岩石杆件的另一端施加轴向压力，当所述动态应变仪测得的应变值等于所述预期初始应变值时，停止对该岩石杆件加压，或者，

通过另一个所述第一千斤顶对其对应的所述爆破破碎杆件和所述爆破破碎杆件对应的所述岩石杆件的另一端固定且不施加轴向压力，所述动态应变仪测得的应变值等于0。

进一步，所述步骤4包括：

引爆所述雷管，对所述爆破破碎杆件进行爆破冲击，完成对所述爆破破碎杆件对应的所述岩石杆件的爆破冲击卸荷；用橡胶锤垂直敲击所述卸载块的中部，使得所述卸载块失稳弹出，完成所述卸载块对应的所述岩石杆件的瞬态卸荷；或者，

分别引爆两个所述雷管，对所述爆破破碎杆件进行爆破冲击，完成对两个所述爆破破碎杆件分别对应的所述岩石杆件的爆破冲击卸荷。

本发明的进一步有益效果是：卸载块的使用，便于使用橡胶锤对岩石杆件进行瞬态卸载，能够快速卸除轴向的初始应力，同时不会使杆件上产生横向的剪切应变。爆破破碎杆件便于安放雷管并对岩石赶紧进行爆破冲击卸载，同时不对岩石杆件造成较大破坏，便于多次重复使用。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法的示意性流程图；

图2为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法的示意性流程图；

图3为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中步骤150的示意性流程图；

图4为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中步骤120的示意性流程图；

图5为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中步骤120的示意性流程图；

图6为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法的示意性流程图；

图7(a)为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中卸载块的示意性结构正视图；

图7(b)为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中卸载块的示意性结构左视图；

图8为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中瞬态卸载的示意性结构图；

图9为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中岩石杆件瞬态卸载时的应变时程曲线图；

图10为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中爆破冲击卸载的示意性结构图；

图11为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中岩石杆件爆破冲击卸载时的应变时程曲线图；

图12为本发明另一实施例提供的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法中岩石杆件爆破冲击卸载单独作用时的应变时程曲线图。

附图中，各标号所代表的元件列表如下：

1、钢制圆形垫片，2、岩石杆件，3、无反射边界腔，4、卸载块，5、应变片，6、接线盒，7、动态应变仪，8、温度补偿块，9、爆破破碎段，10、雷管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法100，如图1所示，包括：

步骤110、分别将两个相同的岩石杆件置于实验架上，将每一个岩石杆件的一端以无反射边界条件固定，并通过约束组件约束每一个岩石杆件的径向自由度。

步骤120、在两个岩石杆件的同一位置分别贴应变片，并分别将应变片与动态应变仪连接。

步骤130、对一个岩石杆件的另一端通过爆破固定组件施加轴向压力，对另一个岩石杆件的另一端通过瞬态固定组件施加轴向压力或者通过另一个爆破固定组件无轴向压力固定，并根据动态应变仪测得的应变值，对有轴向压力且应变值达到预期初始应变值的岩石杆件停止加压。

步骤140、当两个岩石杆件分别无轴向加压时，对爆破固定组件对应的岩石杆件进行爆破冲击卸荷，对瞬态固定组件对应的岩石杆件进行瞬态卸荷。

步骤150、根据动态应变仪记录的在预期初始应变值下的爆破冲击卸荷对应的第一动态应变数据和瞬态卸荷对应的第二动态应变数据，得到爆破冲击单独作用下的第三动态应变数据，或者，根据动态应变仪记录的第一动态应变数据和在无轴向压力下的爆破冲击卸荷对应的第四动态应变数据，得到瞬态卸荷单独作用下的第五动态应变数据，完成荷载分离。

关于爆破冲击卸载和直接瞬态卸载，现有的研究资料绝大多数是基于工程实测数据的识别与分析，或者理论推导分析，而通过实验深入研究爆破冲击荷载与地应力瞬态卸荷荷载分离与耦合模式以及爆破开挖扰动下岩体松动机理的成果还非常少。并且，目前还没有一套系统完备的行之有效的室内实验方案用来分离研究爆破冲击荷载与地应力瞬态卸荷荷载。

本实施例提供一套系统完备、简单易行的室内实验方案，用以模拟高地应力条件下爆破开挖卸荷过程，分离研究爆破冲击荷载与瞬态卸荷荷载。

通过上述技术方案，首先可以有效模拟高地应力条件下开挖瞬态卸荷，检测出卸载波及其在岩体内部的传播规律，成功实现了爆破冲击荷载与地应力瞬态卸荷荷载的分离，为深入研究爆破冲击荷载与地应力瞬态卸荷荷载分离与耦合模式以及爆破开挖扰动下岩体松动机理提供了有效的实验工具。

需要说明的是，例如，如果AB是初始应力不为0的条件下的爆破实验数据，A是初始应力为0的条件下爆破实验数据，B是初始应力不为0的条件下的直接卸载实验(非爆破)数据，则三者之间的关系为：1、AB—A＝B； 2、AB—B＝A。这即是两种分离途径。即，用初始应力不为0的情况下爆破实验测得的动态应变数据AB减去初始应力为0的情况下爆破实验测得的动态应变数据A，可得到初始应力瞬态卸荷单独作用下的动态应变数据。用初始应力不为0的情况下爆破实验测得的动态应变数据AB减去初始应力不为 0的条件下的直接卸载实验(非爆破)的动态应变数据B，可得到爆破冲击单独作用下的动态应变数据。

实施例二

在实施例一的基础上，步骤110之前，如图2所示，方法100还包括：

步骤160、采用混凝土浇筑或通过对岩石切割打磨，制得岩石杆件。

其中，岩石杆件的横截面为圆形或正方形，岩石杆件的长度为1.5米，圆形的直径为0.05～0.07米，或者，正方形的边长为0.05～0.07米。

岩石杆件可分别为混凝土浇筑而成，或直接对现有岩石进行切割打磨，另外，岩石杆件可以为无节理和有节理。只要符合自然岩石的特性就可以。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，如图3所示，步骤150包括：

步骤151、根据动态应变仪记录的动态应变数据，得到在预期初始应变值下的爆破冲击卸荷对应的第一动态应变数据和瞬态卸荷对应的第二动态应变数据或者在无轴向压力下的爆破冲击卸荷对应的第四动态应变数据。

步骤152、将第一动态应变数据减去第二动态应变数据，得到爆破冲击单独作用下的第三动态应变数据，或者，将第一动态应变数据减去第四动态应变数据，得到瞬态卸荷单独作用下的第五动态应变数据，完成荷载分离。

实施例四

在实施例一至实施例三中任一实施例的基础上，如图4所示，步骤120 包括：

步骤121、确定两个岩石杆件上的同一应变测试位置。

步骤122、清洁测试位置。

步骤123、在测试位置涂抹环氧树脂。

步骤124、待环氧树脂干燥后，打磨测试位置。

步骤125、在测试位置贴应变片。

步骤126、将应变片与动态应变仪连接。

清洁所述应变片位置的岩石杆件的表面，确保动态应变仪检测更加准确可靠。

实施例五

在实施例一至实施例四中任一实施例的基础上，如图5所示，步骤120 还包括：

步骤127、在上述位置的应变片上增设温度补偿片。

步骤128、将动态应变仪接地。

步骤129、分别采用半桥接法将温度补偿片和应变片通过接线盒与动态应变仪连接。

通过温度补偿，以抵消在杆件因温度变化而带来的应变，使得动态应变仪测得的应变数据更加准确。动态应变仪接地，消除环境对动态信号的影响。

实施例六

在实施例一至实施例五中任一实施例的基础上，步骤120之前，如图6 所示，方法100还包括：

步骤170、取与两个岩石杆件同等规格的第三个岩石杆件，采用材料压缩试验机测试第三个岩石杆件的弹性模量，并根据预期加载应力值和弹性模量，计算预期初始应变值，其中，预期加载应力值大于0。

首先测得岩石杆件的弹性模量，根据预期的加载应力值和该弹性模量，即可计算得到初始应变值，预期的加载应力值可以为0，那么预期初始应变值可为0，此时动态应变仪测得的爆破冲击荷载对应的应变数据减去瞬态卸荷对应的动态应变数据，也为爆破冲击荷载单独作用下的岩石动态应力变化数据。

实施例七

在实施例一至实施例六中任一实施例的基础上，步骤110中，将每一个岩石杆件的一端以无反射边界条件固定，具体包括：将每一个岩石杆件的一端固定，并用石膏封紧；

约束组件包括多个螺栓和滑轮，则步骤110中，通过约束组件约束每一个岩石杆件的径向自由度，具体包括：沿岩石杆件的轴线每隔预设距离，用四个螺栓分别抵住岩石杆件的上、下、左、右四个位置，且螺栓与岩石杆件之间设置滑轮。

将岩石杆件装入试验架，岩石杆件的一端固定，并用石膏封紧，以创造无反射边界条件，另一端自由。岩石杆件的径向自由度用螺栓固定，沿杆件轴线可每隔0.03m，分别用四个螺栓顶住杆件上、下、左、右四个位置，螺栓与杆件之间设置滑轮，用来保证限制杆件径向弯曲变形的同时，轴向能自由产生压缩与拉伸变形。

实施例八

在实施例一至实施例七中任一实施例的基础上，爆破固定组件包括：第一千斤顶和中部钻有孔的爆破破碎杆件，该岩石杆件的另一端、爆破破碎杆件和第一千斤顶依次共轴连接，其中，爆破破碎杆件的形状与该岩石杆件的形状相同，爆破破碎杆件的长度为该岩石杆件的长度的十五分之一，孔中设有雷管；

瞬态固定组件包括：第二千斤顶和由多个钢制圆形垫片或多个方形垫片粘贴组成的卸载块，该岩石杆件的另一端、卸载块和第二千斤顶依次共轴连接，其中，圆形垫片的直径与该岩石杆件的横截面直径相等，或者，方形垫片的边长与该岩石杆件的横截面边长相等。

进行瞬态卸荷的岩石杆件的卸载块结构如图7所示，取5个钢制圆形垫片，按照如图7所示方式叠放，并用502胶水粘接固定，圆形垫片直径与试件直径一致，厚度为0.01m。

实施例九

在实施例一至实施例八中任一实施例的基础上，步骤130包括：

通过一个第一千斤顶对其对应的爆破破碎杆件和爆破破碎杆件对应的岩石杆件的另一端施加轴向压力，当动态应变仪测得的应变值等于预期初始应变值时，停止对该岩石杆件加压；

通过第二千斤顶对卸载块和卸载块对应的岩石杆件的另一端施加轴向压力，当动态应变仪测得的应变值等于预期初始应变值时，停止对该岩石杆件加压，或者，

通过另一个第一千斤顶对其对应的爆破破碎杆件和爆破破碎杆件对应的岩石杆件的另一端固定且不施加轴向压力，动态应变仪测得的应变值等于0。

实施例十

在实施例一至实施例九中任一实施例的基础上，步骤140包括：

引爆雷管，对爆破破碎杆件进行爆破冲击，完成对爆破破碎杆件对应的岩石杆件的爆破冲击卸荷；用橡胶锤垂直敲击卸载块的中部，使得卸载块失稳弹出，完成卸载块对应的所述岩石杆件的瞬态卸荷；或者；

分别引爆两个雷管，对爆破破碎杆件进行爆破冲击，完成对两个爆破破碎杆件分别对应的岩石杆件的爆破冲击卸荷。

例如，爆破冲击卸荷实验过程具体实施方法如下：

a.取与待用于实验试件(岩石杆件)同等规格的杆件，截取长度L0为 0.1m的一段作为爆破破碎段，中部钻孔用于装填雷管。

b.将上述爆破破碎段置于岩石杆件与第一千斤顶之间，保证岩石杆件、破碎段、第一斤顶的中轴线在一条直线上。

c.用第一千斤顶缓慢加压，待岩石杆件、破碎段、第一千斤顶三者刚刚贴紧开始记录各测点的应变。待试件应变达到预期值时停止加压。所述应变预期值由初始应力预期加载值推算出，若初始压力预期为P，则预期应变值为

d.将雷管装入破碎段孔内，用黄泥堵塞炮孔。为防止飞石做好防护措施。引爆雷管，卸荷完成后停止记录。

瞬态卸荷实验过程具体实施方法如下：

a.取5个钢制圆形垫片作为卸载块，按照如图7所示方式叠放，并用502 胶水粘接固定。圆形垫片直径与试件直径一致，厚度为0.01m到0.02m为宜。

b.将卸载块置于第二千斤顶与岩石杆件中间，保证岩石杆件、垫片、第二千斤顶的中轴线在一条直线上。

c.用第二千斤顶缓慢加压，待岩石杆件、卸载块、第二千斤顶三者刚刚贴紧开始记录各测点的应变。待岩石杆件应变达到预期值时停止加压。所述应变预期值由初始应力预期加载值推算出，若初始压力预期为P，则预期应变值为 d.用橡胶锤垂直敲击卸载块正中间的钢片，使5块垫片失稳弹出，达到瞬间卸载的目的。卸载完成，停止记录。

卸载块的使用，便于使用橡胶锤对岩石杆件进行瞬态卸载，爆破破碎杆件便于安放雷管并对岩石赶紧进行爆破冲击卸载。

再例如，一种分离岩体初始应力下爆破冲击与瞬态卸荷的实验方法，具体包括以下步骤：

步骤一，试件制备。浇筑长度L为1.5m，直径D为0.05m的混凝土杆件作为待测杆件。

步骤二，试件测试，取与待测杆件同等规格大混凝土杆件，截取长度 L0为0.1m的一段，用材料压缩试验机测试杆件的压缩性能。得到混凝土试件的弹性模量E，抗压强度S。试件弹性模量为3Gpa，试件的抗压极限为 7.86MPa。

步骤三，试件装配。将待用于实验的试件装入试验架，试件一端固定，并用石膏封紧，以创造无反射边界条件。另一端自由。约束试件的径向自由度。试件径向自由度通过螺栓固定，螺栓与杆件之间设置滑轮，以保证轴向能自由滑动。

步骤四，贴应变片。在杆件表面标记出待测点，擦拭干净，然后涂一层环氧树脂，干燥后打磨贴片。每一个应变片附加一个温度补偿应变片，消除温度应变的影响。动态应变仪接地，消除环境对动态信号的影响。

步骤五，桥路连接。连接动态应变仪测试试件动态应变，采用1/4桥接发。

步骤六，实验加载与瞬态卸载。本实施例加载过程用千斤顶在试件自由端加压，模拟初始应力。本实施例加载与瞬态卸载分为直接卸荷与爆破卸荷两组实验过程。

如图8所示的直接卸荷的装置图(图中垂直向下的箭头代表橡胶锤敲击，水平向右的箭头代表千斤顶加压)，则步骤六直接卸荷过程具体实施步骤如下：

a.取5个钢制圆形垫片，按照附图7所示方式叠放，并用502胶水粘接固定。所述圆形垫片直径与试件直径一致，厚度为0.01m。

b.将叠放好的圆形垫片置于千斤顶与试件中间，保证试件、垫片、千斤顶的中轴线在一条直线上。

c.用千斤顶缓慢加压，待试件、垫片、千斤顶三者刚刚贴紧开始记录各测点的应变。待试件应变达到预期初始值时停止加压。本实施例初始应力预期值P＝0.75MPa,预期初始应变值ε＝250με。

d.用橡胶锤垂直敲击正中间的垫片，使5块垫片失稳弹出，达到瞬间卸载的目的。卸载完成，停止记录，得到如图9所示初始应力瞬态卸荷杆件的应变时程曲线(即动态应变数据)，其中，ε代表应变(με)，t代表时间(ms)。至此，直接卸荷实验过程完成。

如图10所示的爆破冲击卸荷的装置图，步骤六爆破卸荷过程具体实施步骤如下：

a.取与待用于实验试件同等规格的杆件，截取长度L₀为0.1m的一段作为爆破破碎段，在中部钻孔用于装填雷管。

b.将上述爆破破碎段置于试件与千斤顶之间，保证试件、破碎段、千斤顶的中轴线在一条直线上。

c.用千斤顶缓慢加压，待试件、破碎段、千斤顶三者刚刚贴紧开始记录各测点的应变。待试件应变达到预期初始值时停止加压。本实施例初始应力预期值P＝0.75MPa,预期初始应变值ε＝250με。

d.将雷管装入破碎段孔内，用黄泥堵塞炮孔。为防止飞石，用一块钢板覆盖在爆破破碎段上部。引爆雷管，爆破荷载作用在杆端同时，破碎段完全粉碎，卸荷完成，停止记录，得到如图11所示初始应力爆破瞬态卸荷杆件应变时程曲线，其中，ε代表应变(με)，t代表时间(ms)。至此，爆破卸荷实验过程完成。

步骤七，由步骤六可分别得到本实施例直接卸荷与爆破卸荷两组实验过程的实验数据，导入到EXCEL中进行数据分析。从爆破卸荷实验过程的数据中减去直接卸荷过程的数据，从而分离出爆破冲击荷载单独作用下试件的动态应变数据，得到爆破冲击荷载单独作用下杆件的动态应变时程曲线(如图12所示，其中，ε代表应变(με)，t代表时间(ms))。直接卸荷过程的数据即为瞬态卸荷荷载单独作用下试件的动态应变数据。至此便实现了岩体初始应力条件下爆破冲击荷载与瞬态卸荷荷载的分离过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，包括：

步骤1、分别将两个相同的岩石杆件置于实验架上，将每一个所述岩石杆件的一端以无反射边界条件固定，并通过约束组件约束每一个所述岩石杆件的径向自由度；

步骤2、在所述两个岩石杆件的同一位置分别贴应变片，并分别将所述应变片与动态应变仪连接；

步骤3、对一个所述岩石杆件的另一端通过爆破固定组件施加轴向压力，对另一个所述岩石杆件的另一端通过瞬态固定组件施加轴向压力或者通过另一个所述爆破固定组件无轴向压力固定，并根据所述动态应变仪测得的应变值，对有轴向压力且应变值达到预期初始应变值的岩石杆件停止加压；

步骤4、当两个所述岩石杆件分别无轴向加压时，对所述爆破固定组件对应的岩石杆件进行爆破冲击卸荷，对所述瞬态固定组件对应的岩石杆件进行瞬态卸荷；

步骤5、根据所述动态应变仪记录的在所述预期初始应变值下的所述爆破冲击卸荷对应的第一动态应变数据和所述瞬态卸荷对应的第二动态应变数据，得到所述爆破冲击单独作用下的第三动态应变数据，或者，根据所述动态应变仪记录的所述第一动态应变数据和在无轴向压力下的所述爆破冲击卸荷对应的第四动态应变数据，得到所述瞬态卸荷单独作用下的第五动态应变数据，完成荷载分离。

2.根据权利要求1所述的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，所述步骤1之前，所述方法还包括：

步骤6、采用混凝土浇筑或通过对岩石切割打磨，制得岩石杆件；

其中，所述岩石杆件的横截面为圆形或正方形，所述岩石杆件的长度为1～2米，所述圆形的直径为0.05～0.07米，或者，所述正方形的边长为0.05～0.07米。

3.根据权利要求1所述的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，所述步骤5包括：

步骤5.1、根据所述动态应变仪记录的动态应变数据，得到在所述预期初始应变值下的所述爆破冲击卸荷对应的第一动态应变数据和所述瞬态卸荷对应的第二动态应变数据或者在无轴向压力下的所述爆破冲击卸荷对应的第四动态应变数据；

步骤5.2、将所述第一动态应变数据减去所述第二动态应变数据，得到所述爆破冲击单独作用下的第三动态应变数据，或者，将所述第一动态应变数据减去所述第四动态应变数据，得到所述瞬态卸荷单独作用下的第五动态应变数据，完成荷载分离。

4.根据权利要求1所述的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1、确定所述两个岩石杆件上的同一应变测试位置；

步骤2.2、清洁所述测试位置；

步骤2.3、在所述测试位置涂抹环氧树脂；

步骤2.4、待所述环氧树脂干燥后，打磨所述测试位置；

步骤2.5、在所述测试位置贴应变片；

步骤2.6、将所述应变片与动态应变仪连接。

5.根据权利要求1所述的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，所述步骤2还包括：

步骤2.7、在所述位置的应变片上增设温度补偿片；

步骤2.8、将所述动态应变仪接地；

步骤2.9、分别采用半桥接法将所述温度补偿片和所述应变片通过接线盒与所述动态应变仪连接。

6.根据权利要求1所述的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，所述步骤2之前，所述方法还包括：

步骤7、取与所述两个岩石杆件同等规格的第三个岩石杆件，采用材料压缩试验机测试所述第三个岩石杆件的弹性模量，并根据预期加载应力值和所述弹性模量，计算所述预期初始应变值，其中，所述预期加载应力值大于0。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，所述步骤1中，所述将每一个所述岩石杆件的一端以无反射边界条件固定，具体包括：将每一个所述岩石杆件的一端固定，并用石膏封紧；

所述约束组件包括多个螺栓和滑轮，则所述步骤1中，所述通过约束组件约束每一个所述岩石杆件的径向自由度，具体包括：沿所述岩石杆件的轴线每隔预设距离，用四个所述螺栓分别抵住所述岩石杆件的上、下、左、右四个位置，且所述螺栓与所述岩石杆件之间设置所述滑轮。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，所述爆破固定组件包括：第一千斤顶和中部钻有孔的爆破破碎杆件，所述岩石杆件的另一端、所述爆破破碎杆件和所述第一千斤顶依次共轴连接，其中，所述爆破破碎杆件的形状与该岩石杆件的形状相同，所述爆破破碎杆件的长度为该岩石杆件的长度的十五分之一，所述孔中设有雷管；

所述瞬态固定组件包括：第二千斤顶和由多个钢制圆形垫片或多个方形垫片粘贴组成的卸载块，所述岩石杆件的另一端、所述卸载块和所述第二千斤顶依次共轴连接，其中，所述圆形垫片的直径与该岩石杆件的横截面直径相等，或者，所述方形垫片的边长与该岩石杆件的横截面边长相等。

9.根据权利要求8所述的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，所述步骤3包括：

通过一个所述第一千斤顶对其对应的所述爆破破碎杆件和所述爆破破碎杆件对应的所述岩石杆件的另一端施加轴向压力，当所述动态应变仪测得的应变值等于预期初始应变值时，停止对该岩石杆件加压；

通过所述第二千斤顶对所述卸载块和所述卸载块对应的所述岩石杆件的另一端施加轴向压力，当所述动态应变仪测得的应变值等于所述预期初始应变值时，停止对该岩石杆件加压，或者，

通过另一个所述第一千斤顶对其对应的所述爆破破碎杆件和所述爆破破碎杆件对应的所述岩石杆件的另一端固定且不施加轴向压力，所述动态应变仪测得的应变值等于0。

10.根据权利要求8所述的一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法，其特征在于，所述步骤4包括：

引爆所述雷管，对所述爆破破碎杆件进行爆破冲击，完成对所述爆破破碎杆件对应的所述岩石杆件的爆破冲击卸荷；用橡胶锤垂直敲击所述卸载块的中部，使得所述卸载块失稳弹出，完成所述卸载块对应的所述岩石杆件的瞬态卸荷；或者，

分别引爆两个所述雷管，对所述爆破破碎杆件进行爆破冲击，完成对两个所述爆破破碎杆件分别对应的所述岩石杆件的爆破冲击卸荷。