CN110926971A - 一种地冲击应力原理性模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地冲击应力原理性模拟装置，包括从左至右依次设置的供气室、电磁阀、发射管以及实验舱；其中，在所述的发射管的内部从左至右包括依次设置的活塞、挡板和储液舱，在所述的储液舱的上方设有注水孔；所述的实验舱的上下两侧分别设有打压口和排水口。本发明采用气体驱动活塞产生的压力脉冲来模拟爆炸载荷，可准确、有效地模拟爆炸冲击过程对深部围岩的扰动，并且整个模拟试验安全、可控。
Description
技术领域
本发明属于高地应力模拟装置领域，具体涉及一种地冲击应力原理性模拟装置。
背景技术
当前我国交通、水利水电、能源、矿山和军事防护都有涉及深部地下工程的问题，而深部岩体赋存在高应力环境中，在爆炸地冲击扰动作用下，存在可能发生分区破裂、大变形、岩爆、工程性地震等灾害的风险。为防范上述灾害发生，国内外相关学者专家都在对深部岩体工程进行深入研究，模拟深部岩体受力状态。但目前的模拟仅仅限于高地应力模拟，或高地应力和开挖扰动的模拟，未见能全部实现高地应力、爆炸扰动的模拟装置。目前常规情况下，采用爆炸方法来模拟爆炸荷载对地下工程的影响，但是该方法无法做到精确可控，并且存在一定的安全隐患。因此，必须提供一种能够模拟爆炸荷载，且安全可控的装置及方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种地冲击应力原理性模拟装置。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种地冲击应力原理性模拟装置，包括从左至右依次设置的供气室、电磁阀、发射管以及实验舱；其中，在所述的发射管的内部从左至右包括依次设置的活塞、挡板和储液舱，在所述的储液舱的上方设有注水孔；所述的实验舱的上下两侧分别设有打压口和排水口。
作为本发明的进一步改进，所述储液舱的另一端设有压板，所述的储液仓是由发射管管壁和位于两端的挡板和压板所合围的密封空间。
作为本发明的进一步改进，所述的试验舱的前端设有与压板相接触的锥形罩，所述锥形罩的前端端面与所述压板的直径相同。
作为本发明的进一步改进，所述储液舱的内径略大于所述活塞的直径。
作为本发明的进一步改进，所述的挡板为阶梯形，所述挡板的前端端面的直径与所述活塞的直径相同，所述挡板后端端面与所述储液舱的内径相同。
作为本发明的进一步改进，在所述发射管中部的管壁上包括若干个环绕发射管管壁设置的可调节单向阀，所述的可调节单向阀由相互配合的单向阀孔和调节螺栓组成。
作为本发明的进一步改进，所述的供气室、电磁阀、发射管、以及所述实验舱的端部设有法兰，通过法兰对接，在所述法兰的对接处采用相配合的螺栓和螺母固定。
作为本发明的进一步改进，在所述法兰的对接面的位置还设置了环形密封垫。
作为本发明的进一步改进，还包括盖合在所述储液舱尾端端面的尾盖。
作为本发明的进一步改进，在所述的发射管的管壁上还设有观察窗，所述观察窗靠近所述的挡板。
本发明的有益效果：本发明采用气体驱动活塞产生的压力脉冲来模拟爆炸载荷，可准确、有效地模拟爆炸冲击过程对深部围岩的扰动，并且整个模拟试验安全、可控。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为供气室示意图；
图3为发射管示意图；
图4为实验舱体示意图。
其中：1、供气室，1-1、充气口，1-2、压力表， 2、电磁阀， 2-2、阀体，2-3、盖板，2-4、控制开关，3、发射管，3-1、可调压单向阀，3-1-1、单向阀孔，3-1-2、调节螺栓，3-2、活塞，3-3、观察窗，3-4、挡板，3-6、储液仓，3-7、注液孔，4、实验舱，4-1、压板，4-2、锥形罩，4-3、打压口，4-4、排水口，4-5、试件，5、螺栓，6、螺母，7、环形密封垫，8、法兰，9、尾盖。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示的模拟装置包括从左至右依次设置的供气室、电磁阀、发射管以及实验舱。由于本发明装置需要模拟在高应力环境下爆炸对试件的冲击力，因此，所述的供气室、电磁阀、发射管以及实验舱均是在高压的环境下。
所述供气室1的内部的气压压强至少为1MPa，其一侧开设充气口1-1，外接氮气瓶等加压装置，供气室1上部安装压力表1-2。所述电磁阀2采用高压电磁阀，位于供气室1右侧，通过螺栓5与供气室1连接，控制供气室1内气体的释放。所述发射管3的管壁上设置有可可调压单向阀3-1，发射管3内靠近供气室1的一端放置有可滑动的活塞3-2，发射管3的另一端设有挡板3-4和储液舱3-6。所述实验舱4通过螺栓5与法兰8与发射管3相连。所述的实验舱4左侧依次设有压板4-1、锥形罩4-2，实验舱4上下部分别设置有打压口4-3和排水口4-4，实验舱4右侧的端部用尾盖9盖合。
其中，所述供气室1可容纳3升气体，供气室1右侧焊接有法兰8，与所述高压电磁阀侧法兰通过螺栓5连接，使用螺母6拧紧，连接处设置环形密封垫7。
所述电磁阀2外接控制开关2-4，控制供气室1内气体的释放，阀体2-2上方的盖板2-3与阀体2-2采用螺栓5固定，阀体2-2两侧均布置有法兰8，分别与供气室1和发射管3连接。
所述发射管3两端均焊接法兰8，发射管3左侧法兰8与电磁阀右侧法兰8对接，对接处设置环形密封垫7。
发射管3中部还设置了可调压单向阀3-1，所述可调压单向阀3-1包括单向阀孔3-1-1和调节螺栓3-1-2， 3-1发射管后端靠近挡板3-4的位置开设观察窗3-3。
试验时，所述电磁阀2的控制开关2-4打开，供气室1气体向右侧流动，推动活塞3-2在发射管3内向右滑动，活塞3-2撞击挡板3-4，气体从可调压单向阀3-1处排出。
在本发明中，所述发射管3靠近实验舱4侧内径略大于活塞3-2直径，将该部分作为储液舱3-6，储液舱3-6上方分布有3-7注液孔，用来注射液体，储液舱3-6左侧采用挡板3-4将封堵液体，右侧布置有压板4-1，起到良好的密闭效果。
其中为了实现良好的密闭效果，所述的挡板3-4为阶梯形，所述挡板3-4的前端端面的直径与所述活塞3-2的直径相同，所述挡板3-4后端端面与所述储液舱3-6的内径相同。
所述实验舱4与发射管3之间通过法兰8对接，并采用5螺栓连接。
所述实验舱4内充满液体，外部连接打压机，用来给高压舱体内液体提供一定压力来模拟高应力环境，舱内放置有试件4-5，实验舱4上下部都设置开孔，上部为打压口4-3，下部开孔作为排水口4-4。
所述活塞3-2撞击挡板3-4后，冲击波经储液舱3-6传递到压板4-1上，又经压板4-1传递到锥形罩4-2上，最终通过液体传递到待测试件4-5上，该过程有效的模拟了爆炸载荷。
所述实验舱4后端设有可拆卸尾盖9，可通过该位置将测试件4-5放置实验舱4中。
为了便于观察，在所述发射管3右侧开设还观察窗3-3，所述的观察窗3-3靠近所述的挡板3-4的位置。
具体的测试过程：
1.首先将测试件4-5放入实验舱4中，并检查装置的气密性。
2.向所述实验舱4注满液体，并使用打压机打压，来模拟围压环境。
3.向所述供气室1内充满高压气体。
4.将所述电磁阀2开关打开，供气室1内的气体释放，推动活塞3-2在发射管3内向右滑动，活塞3-2撞击3-4挡板，剩余气体从可调压单向阀3-1处排出。
所述活塞3-2撞击3-4挡板后，冲击波经储液舱3-6传递到4-1压板上，又经4-1压板传递到4-2锥形罩上，最终通过液体传递到待测4-5试件上，该过程有效的模拟了爆炸冲击载荷。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：包括从左至右依次设置的供气室、电磁阀、发射管以及实验舱；其中，在所述的发射管的内部从左至右包括依次设置的活塞、挡板和储液舱，在所述的储液舱的上方设有注水孔；所述的实验舱的上下两侧分别设有打压口和排水口。
2.根据权利要求1所述的一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：所述储液舱的另一端设有压板，所述的储液仓是由发射管管壁和位于两端的挡板和压板所合围的密封空间。
3.根据权利要求3所述的一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：所述的试验舱的前端设有与压板相接触的锥形罩，所述锥形罩的前端端面与所述压板的直径相同。
4.根据权利要求1所述的一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：所述储液舱的内径略大于所述活塞的直径。
5.根据权利要求4所述的一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：所述的挡板为阶梯形，所述挡板的前端端面的直径与所述活塞的直径相同，所述挡板后端端面与所述储液舱的内径相同。
6.根据权利要求1所述的一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：在所述发射管中部的管壁上包括若干个环绕发射管管壁设置的可调节单向阀，所述的可调节单向阀由相互配合的单向阀孔和调节螺栓组成。
7.根据权利要求1所述的一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：所述的供气室、电磁阀、发射管、以及所述实验舱的端部设有法兰，通过法兰对接，在所述法兰的对接处采用相配合的螺栓和螺母固定。
8.根据权利要求7所述的一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：在所述法兰的对接面的位置还设置了环形密封垫。
9.根据权利要求1所述的一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：还包括盖合在所述储液舱尾端端面的尾盖。
10.根据权利要求1所述的一种地冲击应力原理性模拟装置，其特征在于：在所述的发射管的管壁上还设有观察窗，所述观察窗靠近所述的挡板。
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