CN108801577A - 一种模拟深层隧道爆炸的试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，包括：外壳，其侧壁上设有舱门；还包括：承台，设于外壳内，用于固定隧道模型试样；第一液压加载装置，固定于外壳内壁上，位于隧道模型试样顶部，用于模拟重力荷载并施加至隧道模型试样；第二液压加载装置，共设有四个，均固定于外壳内壁上，并分别位于隧道模型试样的四周，用于模拟围岩荷载并施加至隧道模型试样；应变花，粘贴并分布于隧道模型试样的表面，用于测量应变数据并对外发送。与现有技术相比，本发明通过设置专门用于固定试样的承台，同时采用液压加载装置模拟真实地应力场荷载，通过应变花和PIV图像技术采集数据，从而提高试验测试精度。

Description

一种模拟深层隧道爆炸的试验装置
技术领域
本发明涉及一种试验装置，尤其是涉及一种模拟深层隧道爆炸的试验装置。
背景技术
各种隧道包括公路隧道和地铁隧道等在建设过程中需要采用爆破施工，在后期运营过程中也可能遇到恐怖袭击，油罐车爆炸等爆炸荷载的影响。
中国专利CN105527182A公开了一种用于模拟深部岩体受力状态的爆炸载荷模拟发生器，设于承载架的顶板或侧板上，爆炸载荷模拟发生器包括加载单元和卸载单元；加载单元包括活塞和设有进气口和卸气口的油缸，活塞滑动设置在油缸内；卸载单元包括侧壁设有卸载孔的缸筒、卸载活塞以及调节弹簧，缸筒一端与卸气口对接，卸载活塞滑动地设于缸筒中，并通过调节弹簧与缸筒的另一端相接，当调节弹簧处于自由状态时卸载活塞的周侧封堵卸载孔，虽然可以模拟爆炸冲击过程对深部岩体及开挖隧道的扰动，然后其不能针对隧道试样进行分析。
目前针对隧道受爆炸荷载的影响研究主要以现场实验和数值模拟为主，且受试验设备限制，缺乏相关的室内模型试验。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟深层隧道爆炸的试验装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，包括：
外壳，其侧壁上设有舱门；
还包括：
承台，设于外壳内，用于固定隧道模型试样；
第一液压加载装置，固定于外壳内壁上，位于所述隧道模型试样顶部，用于模拟重力荷载并施加至隧道模型试样；
第二液压加载装置，共设有四个，均固定于外壳内壁上，并分别位于所述隧道模型试样的四周，用于模拟围岩荷载并施加至隧道模型试样；
应变花，粘贴并分布于隧道模型试样的表面，用于测量应变数据并对外发送。
所有第二液压加载装置中，至少有一个第二液压加载装置的加载板为防爆玻璃板，且该第二液压加载装置中设有用于采集试验过程中粒子图像的高速摄像机。
所述隧道模型试样中近所述防爆玻璃板的一侧设有用于放置炸药的容腔。
所述加载板为防爆玻璃板的第二液压加载装置包括支架板和连接板，所述支架板与加载板平行设置并通过连接板连接，所述高速摄像机设于支架板上。
所有加载板与隧道模型试样之间设有弹性垫。
所述防爆玻璃板和隧道模型试样之间的弹性垫为透明硅胶垫，其余弹性垫为橡胶垫。
所述支架板上还设有用于照明的LED光源。
所述隧道模型试样与加载板之间设有承台的横截面为正方形。
所述舱门上设有用于导线通过的数据传输通道，所述应变花通过所述导线与数据记录仪连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)通过设置专门用于固定试样的承台，试验，同时通过液压加载装置模拟荷载，通过应变花采集数据，从而提高试验精度。
2)通过将一块加载板采用防爆玻璃板，结合高速摄像机可以实现对于粒子图像的采集。
3)通过配置LED光源，可以提高图像采集的清晰度和效率。
4)在加载板与模型试样之间安设一层弹性垫，可以消除应力波反射的边界效应影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明配置高速摄像机的结构示意图；
图3为高速摄像机部分的结构示意图；
其中：1、外壳，2、承台，3、隧道模型试样，4、第一液压加载装置，5、第二液压加载装置，6、应变花，7、炸药，11、舱门，31、透明硅胶垫，32、橡胶垫，51、加载板，52、高速摄像机，53、支架板，54、连接板，55、LED光源，111、数据传输通道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，如图1和图2所示，包括：
外壳1，其侧壁上设有舱门11，优选的，仪器的最外侧是具有一定厚度的密闭外壳，舱门11可供取放隧道模型试样，舱门11上设置数据传输通道111，供数据传输使用；
还包括：
承台2，设于外壳1内，用于固定隧道模型试样3；
第一液压加载装置4，固定于外壳1内壁上，位于隧道模型试样3顶部，用于模拟重力荷载并施加至隧道模型试样3；
第二液压加载装置5，共设有四个，均固定于外壳1内壁上，并分别位于隧道模型试样3的四周，用于模拟围岩荷载并施加至隧道模型试样3；
应变花6，粘贴并分布于隧道模型试样3的表面，用于测量应变数据并对外发送。
通过设置专门用于固定试样的承台，试验，同时通过液压加载装置模拟荷载，通过应变花采集数据，从而提高试验精度。
考虑到隧道为对称结构，可取模型的一半(轴向剖面或横剖面)作为研究对象。优选的，为满足试验过程中PIV图像采集需求，平行隧道轴向方向的加载板采用高强度防爆玻璃，即所有第二液压加载装置5中，至少有一个第二液压加载装置5的加载板51为防爆玻璃板，且该第二液压加载装置5中设有用于采集试验过程中粒子图像的高速摄像机52。
隧道模型试样3中近防爆玻璃板的一侧设有用于放置炸药7的容腔。
如图3所示，加载板51为防爆玻璃板的第二液压加载装置5包括支架板53和连接板54，支架板53与加载板51平行设置并通过连接板54连接，高速摄像机52设于支架板53上。
所有加载板51与隧道模型试样3之间设有弹性垫，可以消除应力波反射的边界效应影响。
防爆玻璃板和隧道模型试样3之间的弹性垫为透明硅胶垫31，其余弹性垫为橡胶垫32。
支架板53上还设有用于照明的LED光源55。
隧道模型试样3与加载板之间设有承台2的横截面为正方形。
舱门11上设有用于导线通过的数据传输通道111，应变花6通过导线与数据记录仪连接。
具体过程如下：
1)按照设计好的比例预制好隧道模型试样3，并在试样表面粘贴应变花6。
2)将试样放入爆炸试验机内部，试样中隧道一侧(横剖面/纵剖面)正对加载板为防爆玻璃板。
3)用导线连接好应变花6并与舱门11上的数据传输通道111连接外部的动态数据采集仪。
4)安设相应的橡胶垫32和高透明硅胶垫31，安装加载板51，隧道口两侧的加载板要预留出隧道口面积。
5)启动加载装置与试样紧密接触，但不施加荷载。
6)在隧道内部放入炸药7，通过导线连接至舱门11上的数据传输通道111并外接起爆装置。
7)关闭舱门11，开启LED光源55，调试好各种设备后即可开始试验。开启各液压加载装置，加载至设计荷载值，稳定后起爆炸药。
8)试验结束后再对各种数据进行分析。

Claims (9)

1.一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，包括：
外壳(1)，其侧壁上设有舱门(11)；
其特征在于，还包括：
承台(2)，设于外壳(1)内，用于固定隧道模型试样(3)；
第一液压加载装置(4)，固定于外壳(1)内壁上，位于所述隧道模型试样(3)顶部，用于模拟重力荷载并施加至隧道模型试样(3)；
第二液压加载装置(5)，共设有四个，均固定于外壳(1)内壁上，并分别位于所述隧道模型试样(3)的四周，用于模拟围岩荷载并施加至隧道模型试样(3)；
应变花(6)，粘贴并分布于隧道模型试样(3)的表面，用于测量应变数据并对外发送。
2.根据权利要求1所述的一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，其特征在于，所有第二液压加载装置(5)中，至少有一个第二液压加载装置(5)的加载板(51)为防爆玻璃板，且该第二液压加载装置(5)中设有用于采集试验过程中粒子图像的高速摄像机(52)。
3.根据权利要求2所述的一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，其特征在于，所述隧道模型试样(3)中近所述防爆玻璃板的一侧设有用于放置炸药(7)的容腔。
4.根据权利要求2所述的一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，其特征在于，所述加载板(51)为防爆玻璃板的第二液压加载装置(5)包括支架板(53)和连接板(54)，所述支架板(53)与加载板(51)平行设置并通过连接板(54)连接，所述高速摄像机(52)设于支架板(53)上。
5.根据权利要求2所述的一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，其特征在于，所有加载板(51)与隧道模型试样(3)之间设有弹性垫。
6.根据权利要求5所述的一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，其特征在于，所述防爆玻璃板和隧道模型试样(3)之间的弹性垫为透明硅胶垫(31)，其余弹性垫为橡胶垫(32)。
7.根据权利要求4所述的一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，其特征在于，所述支架板(53)上还设有用于照明的LED光源(55)。
8.根据权利要求1所述的一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，其特征在于，所述隧道模型试样(3)与加载板之间设有承台(2)的横截面为正方形。
9.根据权利要求1所述的一种模拟深层隧道爆炸的试验装置，其特征在于，所述舱门(11)上设有用于导线通过的数据传输通道(111)，所述应变花(6)通过所述导线与数据记录仪连接。
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