CN111487145B - 一种描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种描述爆炸冲击对混凝土‑围岩界面损伤的装置及方法，装置包括气动冲击机构、试件架机构和阻尼机构；试件架机构包括试件床、冲击梁以及沿冲击梁轴向可拆卸式安装的若干组试件组件，试件组件包括喷射混凝土‑围岩试件和安装于喷射混凝土‑围岩试件上的第一加速度计，冲击梁上设有与试件组件对应分布的若干应变片；冲击机构包括正对冲击梁一端的冲击杆、控制冲击杆发射速度的发射组件以及记录冲击杆发射速度的速度传感器；阻尼机构包括安装于冲击梁另一端的阻尼垫块以及用于支撑阻尼垫块的阻尼支架。本发明避免了钻芯取样过程中对界面造成的二次扰动，能够精确模拟爆炸冲击对混凝土‑围岩界面产生的损伤，便于实验研究和工程指导。
Description
技术领域
本发明属于混凝土结构及材料测试技术领域，具体涉及一种描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置及方法。
背景技术
我国水资源分布极不均匀，为了满足城市聚集地区的饮用水和工业用水问题，建设了许多输调水工程。在跨越山川地带时，需要修筑大量的高埋深输水隧洞。由于高埋深输水隧洞穿越的地址条件一般为岩层，开挖时以钻爆法施工为主，钻爆法施工开挖后为了维护围岩的稳定性，通常会马上喷射一层混凝土对围岩进行支护。然而，隧洞的开挖爆破和喷射混凝土通常是同步交叉进行，掌子面爆破作业产生的爆炸冲击会在围岩中沿着隧洞轴向传播，这种冲击荷载会对附近新施工的混凝土-围岩结构产生一定的损伤，使支护结构的承载能力降低。
目前测试爆破冲击对输水隧洞喷射混凝土-围岩界面影响的方法多为现场钻芯取样测试。然而，钻芯取样过程中会对界面造成二次扰动，使界面产生新的损伤，后续检测也无法准确判断界面损伤是否为爆破冲击产生。因此，关于描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置及方法还不够完善，新的实验室测试装置及方法亟待开发和改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置及方法，避免了钻芯取样过程中对界面造成的二次扰动，能够精确模拟爆炸冲击对混凝土-围岩界面产生的损伤，便于实验研究和工程指导。
本发明提供了如下的技术方案：
一种描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置，包括气动冲击机构、试件架机构和阻尼机构；
所述试件架机构包括试件床、活动安装于试件床上的冲击梁以及沿冲击梁轴向可拆卸式安装的若干组试件组件，所述试件组件包括喷射混凝土-围岩试件和安装于喷射混凝土-围岩试件上的第一加速度计，所述冲击梁上设有与试件组件对应分布的若干应变片；
所述冲击机构包括正对所述冲击梁一端的冲击杆、控制冲击杆发射速度的发射组件以及记录冲击杆发射速度的速度传感器；
所述阻尼机构包括安装于所述冲击梁另一端的阻尼垫块以及用于支撑阻尼垫块的阻尼支架。
优选的，所述发射组件包括底座、安装于底座顶部的通道端盖以及与通道端盖相连的冲击杆通道，所述通道端盖上开有进气孔，所述进气孔通过气管与氮气罐相连，所述冲击杆设于冲击杆通道内且能够沿冲击杆通道运动。
优选的，所述冲击梁面向气动冲击机构的一端设有梁端钢块，所述梁端钢块呈圆台状，且圆台一底面正对所述冲击杆通道的出口端；所述速度传感器安装于所述冲击杆通道出口端与梁端钢块之间的上方。
优选的，所述喷射混凝土-围岩试件顶面固定连接第一传感器固定帽，所述第一传感器固定帽上固定有所述第一加速度计。
优选的，每组所述试件组件包括两个对称安装于冲击梁两侧的试件组件，所述试件组件还包括与喷射混凝土-围岩试件粘接的钢盘，所述钢盘中央设有螺孔，所述冲击梁上安装有贯穿设置的刚性螺杆，所述刚性螺杆与所述螺孔相匹配。
优选的，所述试件组件还包括约束钢夹，所述约束钢夹夹紧于喷射混凝土-围岩试件与钢盘的连接处。
优选的，所述约束钢夹侧面设有第二传感器固定帽，所述第二传感器固定帽上固定有第二加速度计。
优选的，所述试件床沿轴向设有若干均匀分布的滚轴，所述试件床还设有位于滚轴上方的通槽，所述冲击梁安放于所述通槽内且不与通槽侧壁相接触。
一种描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的方法，包括以下步骤：
制作喷射混凝土-围岩试件，记录爆炸冲击前喷射混凝土-围岩试件的剪切强度和高精度CT测试结果；
制备试件组件，沿冲击梁的轴向方向将试件组件安装在冲击梁上，在冲击梁上安装与试件组件对应分布的若干应变片，然后在喷射混凝土-围岩试件上安装第一加速度计，应变片和第一加速度计与数据采集装置连接，进行数据传输和记录；
采用微机调整发射组件的冲击压力，使冲击杆获得一定冲击速度，对冲击梁的端部进行高速冲击，施加等同于爆破冲击的高应变率冲击荷载，速度传感器记录冲击杆的冲击速度并上传至微机；
将试件组件从冲击梁卸下，取下喷射混凝土-围岩试件，对其进行高精度CT测试和直剪试验；
根据应变片、第一加速度计所记录的数据，以及高精度CT测试、直剪试验结果对混凝土-围岩界面损伤进行分析。
优选的，对混凝土-围岩界面损伤进行的分析包括：根据第一加速度计数据分析冲击波随距离改变的衰减规律以及冲击波透过喷射混凝土-围岩界面后的衰减规律；根据应变片数据分析冲击荷载作用后冲击梁在各喷射混凝土-围岩试件位置处的动态应变分布规律；根据高精度CT测试的断层图像分析冲击造成的微裂纹位置和开展情况，分析冲击荷载对界面造成损伤的机理；根据直剪试验结果测试界面残余剪切强度，分析冲击对界面造成的损伤程度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过安装有喷射混凝土-围岩试件的试件架机构模拟输水隧洞内的地质条件；通过发射组件控制冲击杆的发射速度，从而模拟爆炸冲击的效果；通过阻尼机构防止冲击过程中冲击梁的大角度晃动；通过应变片、第一加速度计所记录的数据，以及高精度CT测试、直剪试验结果对混凝土-围岩界面损伤进行分析，便于实验研究和工程指导；
(2)本发明中的试件组件可拆卸式安装于冲击梁上，冲击加载完成后，方便取下进行性能检测，不会对界面造成二次扰动，从而提高了实验结果的准确性。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图；
图2是本发明的侧剖结构示意图；
图3是试件组件的安装结构示意图；
图4是图3中试件组件的结构示意图；
图5是图4中试件组件的左视结构示意图；
图中标记为：1、氮气罐；2、冲击杆通道；3、冲击杆；4、速度传感器；5、冲击梁；51、梁端钢块；6、滚轴；7、试件床；8、喷射混凝土-围岩试件；9、第一加速度计；10、阻尼垫块；11、阻尼支架；12、刚性螺杆；13、钢盘；14、约束钢夹；15、第一传感器固定帽；16、应变片；17、第二加速度计；18、第二传感器固定帽；19、螺孔；20、底座；21、通道端盖；22、气管；23、通槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，一种描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置，包括气动冲击机构、试件架机构和阻尼机构。
如图1和2所示，试件架机构包括试件床7、活动安装于试件床7上的冲击梁5以及沿冲击梁5轴向可拆卸式安装的若干组试件组件。试件床7沿轴向设有若干均匀分布的滚轴6，滚轴6能够自由旋转，试件床7还设有位于滚轴6上方的通槽23，冲击梁5安放于通槽23内且不与通槽23侧壁相接触，当冲击梁5受到冲击时，滚轴6的存在能够减少摩擦力，不会消耗冲击梁5太多能量，有利于提高实验结果的准确性，通槽23的存在能够防止冲击梁5从试件床7上脱离，防止意外发生。冲击梁5是岩石梁或钢筋混凝土梁，冲击梁5面向气动冲击机构的一端设有梁端钢块51，防止冲击机构将冲击梁5端部击碎。冲击梁5上设有与试件组件对应分布的若干应变片16。
如图3-5所示，每组试件组件包括两个对称安装于冲击梁5两侧的试件组件，试件组件包括喷射混凝土-围岩试件8，还包括与喷射混凝土-围岩试件8粘接的钢盘13，钢盘13中央设有螺孔19，冲击梁5上安装有贯穿设置的刚性螺杆12，刚性螺杆12与螺孔19相匹配，从而实现试件组件与冲击梁5的便捷拆装。试件组件还包括约束钢夹14，约束钢夹14夹紧于喷射混凝土-围岩试件8与钢盘13的连接处，约束钢夹14用于辅助固定喷射混凝土-围岩试件8，防止冲击过程中试件脱胶。喷射混凝土-围岩试件8顶面固定连接第一传感器固定帽15，第一传感器固定帽15上固定有第一加速度计9；约束钢夹14侧面设有第二传感器固定帽18，第二传感器固定帽18上固定有第二加速度计17；第一加速度计9和第二加速度计17分别用于记录实验中试件在水平和竖直方向的加速度数据。
如图1所示，冲击机构包括正对冲击梁5一端的冲击杆3、控制冲击杆3发射速度的发射组件以及记录冲击杆3发射速度的速度传感器4。发射组件包括底座20、安装于底座20顶部的通道端盖21以及与通道端盖21相连的冲击杆通道2，通道端盖21上开有进气孔，进气孔通过气管22与氮气罐1相连，冲击杆3设于冲击杆通道2内且能够沿冲击杆通道2运动。根据需要的冲击烈度调整氮气罐1的冲击气压，使冲击杆3产生的冲击效果可达到爆炸级的冲击应变率。梁端钢块51呈圆台状，且圆台一底面正对冲击杆3通道的出口端，速度传感器4安装于冲击杆通道2出口端与梁端钢块之间的上方。
如图1所示，阻尼机构包括安装于冲击梁5另一端的阻尼垫块10以及用于支撑阻尼垫块10的阻尼支架11，其中阻尼垫块10为橡胶阻尼，通过阻尼机构防止冲击过程中冲击梁5的大角度晃动。
实施例2
如图1-5所示，一种描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的方法，包括以下步骤：
S1、制作岩石样品，并在接触面一侧喷射指定厚度的混凝土，制作完成的喷射混凝土-围岩试件的径高比为1:2，根据要测试的龄期养护试件，然后进行冲击试验前的测试：
(1)为了分析爆炸冲击测试后的损伤程度，通过微机控制直剪试验机测试不少于5组试件的直剪强度，取测试结果的平均值作为未损伤的剪切强度；微机控制直剪试验机主要用于岩石结构面以及岩石的直剪、剪切性能试验，通过直剪试验机测试喷射混凝土-围岩界面的残余剪切应力，实现对喷射混凝土-围岩界面的损伤程度的定量分析；
(2)为了分析冲击对喷射混凝土-围岩界面的损伤机理，加载前对试件进行高精度CT测试并记录，方便与冲击加载损伤后的高精度CT测试结果进行对比，高精度CT即高精度计算机断层扫描，是用X射线对试件一定厚度的层面进行扫描，由探测器接受透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字信号，输入计算机处理，该技术能够对喷射混凝土-围岩界面进行三维重构，损伤部位的微裂纹可以三维形式展现，有助于对界面损伤机理的分析。
S2、将喷射混凝土-围岩试件8底部粘贴于钢盘13上，然后通过钢盘的螺孔19与刚性螺杆12拧紧，从而固定于冲击梁5两侧；将约束钢夹14套在钢盘13与喷射混凝土-围岩试件8连接处并夹紧，在约束钢夹14的第二传感器固定帽15上固定第二加速度计9，在喷射混凝土-围岩试件8顶面粘贴第一固定传感器固定帽15，并在第一传感器固定帽15上固定第一加速度计9；在冲击梁5上安装与试件组件对应分布的若干应变片16；应变片16、第一加速度计9和第二加速度计17分别与数据采集装置连接，进行数据传输和记录。
S3、采用微机调整氮气罐1气压，使冲击杆3获得一定冲击速度，对冲击梁5的端部进行高速冲击，施加等同于爆破冲击的高应变率冲击荷载，速度传感器4记录冲击杆的冲击速度并上传至微机。
S4、将约束钢夹14取下，然后将带有钢盘13的喷射混凝土-围岩试件8从刚性螺杆12上取下，对喷射混凝土-围岩试件8进行高精度CT测试和直剪试验。
S5、结构分析：
(1)根据加速度计采集到的数据绘制加速度-时程曲线，加速度-时程曲线可反映岩石和喷射混凝土各自加速度随时间的衰减规律，若衰减规律相同，仅仅是加速度绝对值有差异，则界面损伤较小；若某时刻喷射混凝土的衰减曲线发生局部异常波动，说明该时刻产生了明显的损伤；若某时刻喷射混凝土的衰减曲线突然衰减至0附近，说明界面发生破坏；
(2)根据应变片采集到的各位置处的峰值应变和各位置与冲击作用点的距离关系分析冲击荷载引起的最大应变值的衰减率，根据各位置处应变-时间曲线的斜率分析各位置处应变率的随冲击距离增加的衰减规律；
(3)采用图像处理软件(如VGStudio、Avizo等)将高精度CT测试的二维断层图像进行三维重构，对重构得到的三维图像进行任意界面的裂纹位置、尺寸及数量的定量分析，通过分析冲击荷载作用前后界面附近的微裂纹产生的位置、尺寸及数量的变化情况，得出冲击荷载对界面造成损伤的机理；
(4)根据直剪试验结果测试冲击荷载作用后界面峰值剪切强度，分析冲击对界面造成的损伤程度，损伤值D采用如下公式表示：
其中，
为初始抗剪强度的平均值，τm为冲击荷载作用后的抗剪强度峰值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置，其特征在于，包括气动冲击机构、试件架机构和阻尼机构；
所述试件架机构包括试件床、活动安装于试件床上的冲击梁以及沿冲击梁轴向可拆卸式安装的若干组试件组件，所述试件组件包括喷射混凝土-围岩试件和安装于喷射混凝土-围岩试件上的第一加速度计，所述冲击梁上设有与试件组件对应分布的若干应变片；
所述冲击机构包括正对所述冲击梁一端的冲击杆、控制冲击杆发射速度的发射组件以及记录冲击杆发射速度的速度传感器；
所述阻尼机构包括安装于所述冲击梁另一端的阻尼垫块以及用于支撑阻尼垫块的阻尼支架；
每组所述试件组件包括两个对称安装于冲击梁两侧的试件组件，所述试件组件还包括与喷射混凝土-围岩试件粘接的钢盘，所述钢盘中央设有螺孔，所述冲击梁上安装有贯穿设置的刚性螺杆，所述刚性螺杆与所述螺孔相匹配；
所述试件组件还包括约束钢夹，所述约束钢夹夹紧于喷射混凝土-围岩试件与钢盘的连接处。
2.根据权利要求1所述的描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置，其特征在于，所述发射组件包括底座、安装于底座顶部的通道端盖以及与通道端盖相连的冲击杆通道，所述通道端盖上开有进气孔，所述进气孔通过气管与氮气罐相连，所述冲击杆设于冲击杆通道内且能够沿冲击杆通道运动。
3.根据权利要求2所述的描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置，其特征在于，所述冲击梁面向气动冲击机构的一端设有梁端钢块，所述梁端钢块呈圆台状，且圆台一底面正对所述冲击杆通道的出口端；所述速度传感器安装于所述冲击杆通道出口端与梁端钢块之间的上方。
4.根据权利要求1所述的描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置，其特征在于，所述喷射混凝土-围岩试件顶面固定连接第一传感器固定帽，所述第一传感器固定帽上固定有所述第一加速度计。
5.根据权利要求1所述的描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置，其特征在于，所述约束钢夹侧面设有第二传感器固定帽，所述第二传感器固定帽上固定有第二加速度计。
6.根据权利要求1所述的描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的装置，其特征在于，所述试件床沿轴向设有若干均匀分布的滚轴，所述试件床还设有位于滚轴上方的通槽，所述冲击梁安放于所述通槽内且不与通槽侧壁相接触。
7.一种采用权利要求1~6中任一项所述的装置描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制作喷射混凝土-围岩试件，记录爆炸冲击前喷射混凝土-围岩试件的剪切强度和高精度CT测试结果；
制备试件组件，沿冲击梁的轴向方向将试件组件安装在冲击梁上，在冲击梁上安装与试件组件对应分布的若干应变片，然后在喷射混凝土-围岩试件上安装第一加速度计，应变片和第一加速度计与数据采集装置连接，进行数据传输和记录；
采用微机调整发射组件的冲击压力，使冲击杆获得一定冲击速度，对冲击梁的端部进行高速冲击，施加等同于爆破冲击的高应变率冲击荷载，速度传感器记录冲击杆的冲击速度并上传至微机；
将试件组件从冲击梁卸下，取下喷射混凝土-围岩试件，对其进行高精度CT测试和直剪试验；
根据应变片、第一加速度计所记录的数据，以及高精度CT测试、直剪试验结果对混凝土-围岩界面损伤进行分析。
8.根据权利要求7所述的描述爆炸冲击对混凝土-围岩界面损伤的方法，其特征在于，对混凝土-围岩界面损伤进行的分析包括：根据第一加速度计数据分析冲击波随距离改变的衰减规律以及冲击波透过喷射混凝土-围岩界面后的衰减规律；根据应变片数据分析冲击荷载作用后冲击梁在各喷射混凝土-围岩试件位置处的动态应变分布规律；根据高精度CT测试的断层图像分析冲击造成的微裂纹位置和开展情况，分析冲击荷载对界面造成损伤的机理；根据直剪试验结果测试界面残余剪切强度，分析冲击对界面造成的损伤程度。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN109142067A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-04 | 江西理工大学 | 在梯度静应力下类岩材料中应力波传播的实验方法及装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| CN109507047A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-03-22 | 中国地质大学（武汉） | 爆破对喷射混凝土-围岩界面强度影响的试验装置及方法 |
| CN109655358A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-04-19 | 武汉大学 | 一种用于岩石或者混凝土试件的冲击试验装置及试验方法 |
| CN110133104A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-16 | 东北大学 | 一种充填体全龄期动态力学特性测试方法 |
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