CN108663243A - 一种shpb用充液节理岩体试样液体施加装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置，涉及岩石动力学试验技术领域，包括对所述节理岩体试样端部与节理面进行容纳的承压壳体装置和对所述节理岩体试样进行液体充填、增加压力及液压监测的液体施加装置，承压壳体装置为人工节理岩体试样提供密封承压环境，液体施加装置为人工节理岩体试样填充液体并施加压力。本发明还提供了一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置。本发明提供的SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置及其方法，与现有的分离式霍普金森压杆设备配合使用，不仅可以有效探究应力波在充液节理岩体中的传播规律，充填液体类型多样化，而且装置便于组装拆卸，能够很好地完成岩石动力学相关测试任务。

Description

一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置及方法

技术领域

本发明涉及岩石动力学试验技术领域，特别涉及一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置及方法。

背景技术

在地震或爆破等动态荷载作用下，会引起应力波的产生与传播，对以岩体为主的地下工程的安全性造成影响。天然岩体中结构面的存在，不仅降低了岩体强度等力学性质，更对应力波在岩体结构面中的传播有着较大影响。当岩体中含有节理时，应力波的传播特性会发生明显的改变，从而引起应力波的一些特性如能量参数等发生改变。

在节理岩体动态特性及应力波传播影响的探究中，分离式霍普金森压杆装置是常用的测试设备之一。在实际工程应用中，节理岩体的节理面位置常含有充填物质，如水、油等液体介质较为常见。因此对于充液节理岩体情况的动力测试工作，显得尤为重要。但当前分离式霍普金森压杆装置测试中，较少地涉及岩体试样节理面处施加液体情况，不能很好地满足岩石动力学试验研究与实际工程的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置，以便更好地完成岩石动力学相关测试任务。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置，包括对所述节理岩体试样端部与节理面进行容纳的承压壳体装置和对所述节理岩体试样进行液体充填、增加压力及液压监测的液体施加装置；所述承压壳体装置包括金属壳体，所述金属壳体的两端面设置用于安置所述节理岩体试样的孔洞，所述金属壳体在所述孔洞与所述节理岩体试样接触部位设置第一密封件，所述液体施加装置包括液体增压泵、设置在所述金属壳体上部的增压泵端部阀门、设置在所述金属壳体下部的液体进出阀门、设置在所述金属壳体内侧壁的液体压强传感器，所述液体增压泵与所述增压泵端部阀门通过导管连接，所述液体压强传感器与压强量值显示仪连接，所述金属壳体与所述增压泵端部阀门和液体进出阀门的接触处内侧设置有第二密封件，所述金属壳体通过液体进出阀门填充充填液体。

进一步地，所述节理岩体试样设置在分离式霍普金森压杆之间，所述节理岩体试样为两段圆柱体，分别与所述分离式霍普金森压杆的入射杆与透射杆接触。

进一步地，所述充填液体为水、水溶液、油、或其他液体材料。

进一步地，所述金属壳体由上、下两个半圆筒部分连接而成的圆柱状壳体，所述金属壳体的两端圆面设置所述孔洞，所述两半圆筒部分两侧分别设置固定连接片，所述固定连接片通过螺丝螺母组合连接在一起，从而将所述两半圆筒部分连接在一起形成所述金属外壳。

进一步地，所述固定连接片由内层的橡胶密封层与外层的金属垫层组成，所述螺丝螺母组合包括螺母与螺丝，所述螺丝穿过固定连接片上的通孔与所述螺母配合使用。

进一步地，所述第一密封件和第二密封件由柔性有机材料制成，所述第一密封件由两个半圆部分构成，分别设置在所述金属壳体上、下两个半圆筒部分与所述节理岩体试样的接触部位，所述第一密封件在两个半圆部分的连接位置设有密封接触层。

本发明还提供了一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加方法，包括如下步骤：

将节理岩体试样置于金属外壳的孔洞中，并用第一密封件对节理岩体试样与孔洞的接触位置密封；

将金属外壳置于分离式霍普金森压杆试验装置上，将露出金属外壳的节理岩体试样端面分别与入射杆和透射杆接触；

通过液体进出阀门向金属外壳内填充充填液体，待充填液体注满后，关闭液体进出阀门；

启动液体增压泵向金属外壳内施加压力，压强达到测试要求后关闭增压泵端部阀门与液体增压泵；

调试并启动分离式霍普金森压杆装置，对节理岩体试样进行动力试验测试。

本发明提供的一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置及方法，在现有分离式霍普金森压杆试验设备基础上，利用承压壳体装置对节理岩体试样端部与节理面进行容纳，液体施加装置对节理岩体试样进行液体充填、增加压力及液压监测，可以实现对节理岩体试样中节理面处的水、水溶液、油、或其他液体的施加，进而实现充液节理岩体试样的冲击加载，更为全面地探究应力波在节理岩体中的传播规律，不仅充填液体类型多样化，而且装置便于组装拆卸，能够很好地完成岩石动力学相关测试任务。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置的整体示意图；

图2为本发明实施例提供的一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置的横向剖视图；

图3为本发明实施例提供的一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置的固定连接片与螺丝螺母组合结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置的第一密封件结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置，包括对所述节理岩体试样端部与节理面进行容纳的承压壳体装置和对所述节理岩体试样进行液体充填、增加压力及液压监测的液体施加装置。其中，所述承压壳体装置包括金属壳体1、同节理岩体试样3接触的第一密封件2及同液体阀门接触的第二密封件8，所述液体施加装置包括液体进出阀门14、液体增压泵5、同液体增压泵5经导管6相连接的增压泵端部阀门7、液体压强传感器13、同液体压强传感器13通过导线12相连接的压强量值显示仪11、充满承压壳体装置1内部的充填液体9。增压泵端部阀门7可与液体增压泵5配合使用，便于调节液体内部压强的增加与释放，满足节理岩体试样3节理面位置处不同压强量值的需要。第二密封件8由柔性有机材料制成，密封性能好，放置于液体进出阀门14与增压泵端部阀门7与金属壳体1的接触位置，可有效避免充填液体9从承压壳体装置中渗漏。节理岩体试样3连同液体施加装置一起，作为待测对象放于分离式霍普金森压杆装置中，经入射杆4传播来的入射应力波会通过待测对象，并继续通过透射杆10进行传播，预先布设在入射杆4与透射杆10上的电阻应变片，会对应力波传播引起的信号变化进行收集记录，便于后续动力试验测试结果的分析。

其中，节理岩体试样3为两段圆柱体，安置在金属壳体1两端圆面的孔洞中，当节理岩体试样3连同液体施加装置一起，置于分离式霍普金森压杆装置中时，露出金属壳体1的节理岩体试样3的两端分别与分离式霍普金森压杆的入射杆4与透射杆10接触。且两段圆柱状节理岩体试样3之间会形成接触面，该接触面作为人工模拟岩体节理面，在节理岩体试样3的节理面及端头局部位置处充满待充填液体9。充填液体9可以为水，如自来水、盐水等，也可为油，如石油等，还可为其他实际工程中可能涉及到的液体类型。

参见图2，金属壳体1由两个半圆筒部分拼接而成，半圆筒两侧分别设置有固定连接片15，利用螺丝螺母组合16与固定连接片15相结合，将所述半圆筒部分结合形成所述金属外壳1。

参见图3，固定连接片15由两层不同材料构成，内层为橡胶密封层151，外层为金属垫层152，螺丝螺母组合16由螺母161和螺丝162组成，螺丝162穿过固定连接片15上预先制备的孔洞与所述螺母161配合使用。

参见图4，第一密封件2由柔性有机材料制成，防水且可变形，第一密封件2由两个半圆部分构成，嵌置于金属壳体1上、下两个半圆筒部分对应的位置处，在两个半圆部分的连接位置设有致密柔性有机材料制成的密封接触层17，以增强第一密封件2的两个半圆部分连接处的密封性，增强第一密封件2的防渗效果，降低第一密封件2的两个半圆部分连接位置的渗漏风险，使接触密封效果更好，能有效防止充填液体9从承压壳体装置内外逸。

本发明实施例提供的一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置，以自来水作为充填液体9为例，其工作原理及工作过程具体如下：

首先，将待测节理岩体试样3置于金属外壳1的一个半圆筒部分中，将柔性有机材料制备的第一密封件2，对节理岩体试样3与金属外壳1的接触位置进行密封，对另一块半圆筒部分同样布置好第一密封件2，并将第一密封件2连接位置的密封接触层17调整好，两半圆筒部分对接形成金属外壳1整体，利用两半圆筒部分两侧设置的固定连接片15与螺丝螺母组合16相互配合，完成承压壳体装置的拼接组装工作。然后，将安置好节理岩体试样3的承压壳体装置，放置于分离式霍普金森压杆试验装置上，将入射杆4和透射杆10分别与露出金属壳体1的两个节理岩体试样3的端面进行接触。而后，通过布设在金属壳体1侧面垂直方向下部位置的液体进出阀门14，向承压壳体装置内注入自来水，待液体注满后，关闭液体进出阀门14，启动液体增压泵5，通过导管6向承压壳体装置内施加压力，利用预先布设于金属壳体1上的液体压强传感器13，对承压壳体装置内压强进行测定，通过观测压强量值显示仪11上显示数值的变化，获取承压壳体装置内部压强量值，待达到试验压强测试要求时，关闭增压泵端部阀门与液体增压泵，至此完成了节理岩体试样3的液体施加工作。最后，调试并启动分离式霍普金森压杆装置，使得受冲击端撞击后的入射杆4对节理岩体试样3进行冲击，应力波通过节理岩体试样3后传至透射杆10，布设于入射杆4与透射杆10上的电阻应变片对应力波信号进行采集，记录并整理试验数据，完成动力试验测试。

以上实施例中第一密封件2可以是橡胶密封环，第二密封件8可以是橡胶密封圈。

本发明提供的一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置及方法，不仅充填液体类型多样化，而且装置便于组装拆卸，能够很好地完成岩石动力学相关测试任务。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种SHPB用充液节理岩体试样液体施加装置，其特征在于：包括对所述节理岩体试样端部与节理面进行容纳的承压壳体装置和对所述节理岩体试样进行液体充填、增加压力及液压监测的液体施加装置；所述承压壳体装置包括金属壳体(1)，所述金属壳体(1)的两端面设置用于安置所述节理岩体试样(3)的孔洞，所述金属壳体(1)在所述孔洞与所述节理岩体试样接触部位设置第一密封件(2)，所述液体施加装置包括液体增压泵(5)、设置在所述金属壳体(1)上部的增压泵端部阀门(7)、设置在所述金属壳体(1)下部的液体进出阀门(14)、设置在所述金属壳体(1)内侧壁的液体压强传感器(13)，所述液体增压泵(5)与所述增压泵端部阀门(7)通过导管(6)连接，所述液体压强传感器(13)与压强量值显示仪(11)连接，所述金属壳体(1)与所述增压泵端部阀门(7)和液体进出阀门(14)的接触处内侧设置有第二密封件(8)，所述金属壳体(1)通过液体进出阀门(14)填充充填液体(9)。

2.根据权利要求1所述的液体施加装置，其特征在于：所述节理岩体试样(3)设置在分离式霍普金森压杆之间，所述节理岩体试样(3)为两段圆柱体，分别与所述分离式霍普金森压杆的入射杆(4)与透射杆(10)接触。

3.根据权利要求1所述的液体施加装置，其特征在于：所述充填液体(9)为水、水溶液、油、或其他液体材料。

4.根据权利要求1所述的液体施加装置，其特征在于：所述金属壳体(1)由上、下两个半圆筒部分连接而成的圆柱状壳体，所述金属壳体(1)的两端圆面设置所述孔洞，所述两半圆筒部分两侧分别设置固定连接片(15)，所述固定连接片(15)通过螺丝螺母组合(16)连接在一起，从而将所述两半圆筒部分连接在一起形成所述金属外壳(1)。

5.根据权利要求4所述的液体施加装置，其特征在于：所述固定连接片(15)由内层的橡胶密封层(151)与外层的金属垫层(152)组成，所述螺丝螺母组合(16)包括螺母(161)与螺丝(162)，所述螺丝(162)穿过固定连接片(15)上的通孔与所述螺母(161)配合使用。

6.根据权利要求1所述的液体施加装置，其特征在于：所述第一密封件(2)和第二密封件(8)由柔性有机材料制成，所述第一密封件(2)由两个半圆部分构成，分别设置在所述金属壳体(1)上、下两个半圆筒部分与所述节理岩体试样(3)的接触部位，所述第一密封件(2)在两个半圆部分的连接位置设有密封接触层(17)。

7.一种权利要求1-6任一项所述的液体施加装置的施加方法，其特征在于，包括如下步骤：

将节理岩体试样(3)置于金属外壳(1)的孔洞中，并用第一密封件(2)对节理岩体试样(3)与孔洞的接触位置密封；

将金属外壳(1)置于分离式霍普金森压杆试验装置上，将露出金属外壳(1)的节理岩体试样(3)端面分别与入射杆(4)和透射杆(10)接触；

通过液体进出阀门(14)向金属外壳(1)内填充充填液体，待充填液体注满后，关闭液体进出阀门(14)；

启动液体增压泵(5)向金属外壳(1)内施加压力，压强达到测试要求后关闭增压泵端部阀门(7)与液体增压泵(5)；

调试并启动分离式霍普金森压杆装置，对节理岩体试样(3)进行动力试验测试。