CN111504147A - 一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置及其试验方法 - Google Patents

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宫嘉辰
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Abstract

本发明公开了一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置，模拟地下工程开挖爆破动荷载加载，实现地下工程矿山爆破法施工模拟过程。新型非炸药模拟药卷动荷载加载装置是采用饱和盐水装入PC管作为高压爆炸源，使用橡胶帽封堵PC管的两侧，起爆方式采用内部震源电火花放电头针尖放电。新型非炸药模拟药卷动荷载加载装置很好的模拟了柱状装药的爆炸效果，药卷尺寸可调，可实现耦合装药和不耦合装药爆破；爆炸能量可控，可满足较大尺寸的地下模型试验研究；使用饱和盐水作为爆炸源，安全可靠；起爆方式采用内部便携式震源电火花针尖瞬间放电进行，时间可控，操作方便。本发明还公开了上述加载装置的试验方法。

Description

一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置及其试验方法
技术领域
本发明涉及地下工程综合模型试验系统技术领域，更具体地说涉及一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置。
背景技术
随着地下轨道交通的迅速发展，地下工程常采用爆破掘进的方式进行施工。由于地下岩土工程问题的复杂性，用理论研究方法或计算机模拟方法很难得到满意解答，故常采用地下物理模型试验技术对地下岩土问题进行研究。由于真实炸药、起爆器材及起爆过程极具破坏性和危险性，导致国内各院校爆破实验及实践环节均遇较大难度。
目前，国内常采用小型丁烷液化灌作为高压爆炸源，通过在其外部捆绑加热棒对其加热引爆来模拟爆破，但是起爆能量有限，起爆能量不可控，不能满足较大地下工程模型的试验需要；起爆采用外加热方式进行，起爆时间不可控，试验操作较复杂；丁烷属于易燃易爆液体，具有危险性。
发明内容
本发明的目的是提供一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置，其能够模拟地下隧道模型试验爆破施工，从而通过地下隧道模型试验研究隧道爆破施工对隧道影响等问题，爆破安全，爆炸能量可控，起爆时间可控，且操作简单。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置，包括：PVC管、饱和盐水、PC管、带金属线的圆柱形橡胶帽、带孔洞的T型橡胶帽、震源电火花放电头；
所述带孔洞的T型橡胶帽设置在PVC管的一端开口处并与PVC管固定连接；所述PC管与带孔洞的T型橡胶帽远离PVC管的一侧固定连接，并且所述PC管内装有所述饱和盐水；所述带金属线的圆柱形橡胶帽与PC管远离T型橡胶帽远离PVC管的一侧固定连接；
所述震源电火花放电头沿着PVC管的长度方向设置在PVC管内，并且震源电火花放电头的一端穿过带孔洞的T型橡胶帽的孔洞进入PC管内。
在一较佳实施例中：所述饱和盐水是采用20℃的纯净水和加碘盐，所述纯净水与加碘盐的质量比小于100:36。
在一较佳实施例中：所述带金属线的圆柱形橡胶帽的直径与PC管的内直径相同，金属线从圆柱形橡胶帽中心开孔穿过，并用胶粘固定。
在一较佳实施例中：所述带孔洞的T型橡胶帽的孔洞直径与圆柱形电火花放电头直径相同。
本发明还提供了一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置的试验方法，包括以下步骤：
(1)将震源电火花放电头穿过PVC管，然后穿过带孔洞的T型橡胶帽，使用胶水填充T型橡胶帽的孔洞，并将T型橡胶帽与PVC管固定连接；
(2)将PC管套入固定的带孔洞的T型橡胶帽上，在PC管内加满饱和盐水，在PC管远离带孔洞的T型橡胶帽的一端盖上带金属线的圆柱形橡胶帽；
(3)将制作完成的柱形药卷插入模型试验预留炮孔内，固定炮孔外的PVC管；
(4)对震源进行充电，震源电火花放电头针尖瞬间放电进行爆破，爆破结束后，沿炮孔拉动带金属线的圆柱形橡胶帽的金属线对炮孔内爆炸产生的PC管碎片进行清理。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
(1)可根据设计药卷尺寸对PC管进行切割，模拟不同尺寸的药卷，可实现耦合装药和不耦合装药爆破。
(2)PC管管壁较薄，具有脆性特征，减少了爆破能量的损失，便携式震源充电能量可控，从而满足较大地下物理模型试验的需要，实现地下工程矿山爆破法施工模拟过程，。
(3)饱和盐水作为高压爆炸源，增加导电性，使电流快速充分导入整个爆炸源中，且安全可靠。
(4)药卷两侧的橡胶帽不会发生破损和移动，爆炸大部分能量只能通过PC管的管侧进行释放，很好的模拟了柱状装药爆炸效果。
(5)起爆方式采用内部便携式电火花放电头针尖瞬间放电进行，时间可控，操作方便。
(6)爆炸结束后，带金属线的圆柱形橡胶帽留存在炮孔底部，向外沿炮孔拉动金属线可对炮孔内爆炸产生的PC管碎片进行清理，可循环利用炮孔。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1在A-A方向的剖视图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。
参考图1和图2，一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置，包括PVC管1、饱和盐水5、PC管4、带金属线的圆柱形橡胶帽6、带孔洞的T型橡胶帽2、便携式震源电火花放电头3。PVC管1外直径2.4cm，内直径2.0cm，长度2.5m，其作为安全操作杆，保护连接电火花放电头的高压绝缘导线，同时避免人体与电火花高压绝缘导线接触。饱和盐水5是采用20℃的纯净水和加碘盐，按照小于100:36的配比进行配置。PC管4外直径2.2cm，内直径为2.0cm，长度10cm，作为饱和盐水5的圆柱形储存容器。带金属线的圆柱形橡胶帽6直径为2.0cm，直径与PC管4内直径相同，金属线从圆柱形橡胶帽的中心开孔穿过，并用强力胶固定。带孔洞的T型橡胶帽2翼缘圆柱直径4.0cm，腹板圆柱直径为2.0cm，其正中间圆形孔洞直径与便携式震源电火花放电头3直径相同。便携式震源电火花放电头3直径为0.6cm，结构上采用高压绝缘导线外套铜管，壁厚1mm，长度5cm，高压绝缘导线一极插入铁针，采用针尖瞬间放电进行起爆，便携式震源充电能量范围为300-9600J。
上述的加载装置，具体结构为：所述带孔洞的T型橡胶帽2设置在PVC管1的一端开口处并与PVC管1固定连接；所述PC管4与带孔洞的T型橡胶帽2远离PVC管1的一侧固定连接，并且所述PC管4内装有所述饱和盐水5；所述带金属线的圆柱形橡胶帽6与PC管4远离T型橡胶帽远离PVC管1的一侧固定连接；
所述震源电火花放电头沿着PVC管1的长度方向设置在PVC管1内，并且震源电火花放电头的一端穿过带孔洞的T型橡胶帽2的孔洞进入PC管4内。
进行试验时，包括如下步骤：
包括以下步骤：
(1)将震源电火花放电头穿过PVC管1，然后穿过带孔洞的T型橡胶帽2，使用胶水填充T型橡胶帽的孔洞，并将T型橡胶帽与PVC管1固定连接；
(2)将PC管4套入固定的带孔洞的T型橡胶帽2上，在PC管4内加满饱和盐水5，在PC管4远离带孔洞的T型橡胶帽2的一端盖上带金属线的圆柱形橡胶帽6；
(3)将制作完成的柱形药卷插入模型试验预留炮孔内，固定炮孔外的PVC管1；
(4)对震源进行充电，震源电火花放电头针尖瞬间放电进行爆破，爆破结束后，沿炮孔拉动带金属线的圆柱形橡胶帽6的金属线对炮孔内爆炸产生的PC管4碎片进行清理。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
(1)可根据设计药卷尺寸对PC管4进行切割，模拟不同尺寸的药卷，可实现耦合装药和不耦合装药爆破。
(2)PC管4管壁较薄，具有脆性特征，减少了爆破能量的损失，便携式震源充电能量可控，从而满足较大地下物理模型试验的需要，实现地下工程矿山爆破法施工模拟过程，。
(3)饱和盐水5作为高压爆炸源，增加导电性，使电流快速充分导入整个爆炸源中，且安全可靠。
(4)药卷两侧的橡胶帽不会发生破损和移动，爆炸大部分能量只能通过PC管4的管侧进行释放，很好的模拟了柱状装药爆炸效果。
(5)起爆方式采用内部便携式电火花放电头针尖瞬间放电进行，时间可控，操作方便。
(6)爆炸结束后，带金属线的圆柱形橡胶帽6留存在炮孔底部，向外沿炮孔拉动金属线可对炮孔内爆炸产生的PC管4碎片进行清理，可循环利用炮孔。
上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置，其特征在于包括：PVC管、饱和盐水、PC管、带金属线的圆柱形橡胶帽、带孔洞的T型橡胶帽、震源电火花放电头；
所述带孔洞的T型橡胶帽设置在PVC管的一端开口处并与PVC管固定连接；所述PC管与带孔洞的T型橡胶帽远离PVC管的一侧固定连接，并且所述PC管内装有所述饱和盐水；所述带金属线的圆柱形橡胶帽与PC管远离T型橡胶帽远离PVC管的一侧固定连接；
所述震源电火花放电头沿着PVC管的长度方向设置在PVC管内，并且震源电火花放电头的一端穿过带孔洞的T型橡胶帽的孔洞进入PC管内。
2.根据权利要求1所述的一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置，其特征在于：所述饱和盐水是采用20℃的纯净水和加碘盐，所述纯净水与加碘盐的质量比小于100:36。
3.根据权利要求1所述的一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置，其特征在于：所述带金属线的圆柱形橡胶帽的直径与PC管的内直径相同，金属线从圆柱形橡胶帽中心开孔穿过，并用胶粘固定。
4.根据权利要求1所述的一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置，其特征在于：所述带孔洞的T型橡胶帽的孔洞直径与圆柱形电火花放电头直径相同。
5.一种非炸药模拟药卷动荷载加载装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将震源电火花放电头穿过PVC管，然后穿过带孔洞的T型橡胶帽，使用胶水填充T型橡胶帽的孔洞，并将T型橡胶帽与PVC管固定连接；
(2)将PC管套入固定的带孔洞的T型橡胶帽上，在PC管内加满饱和盐水，在PC管远离带孔洞的T型橡胶帽的一端盖上带金属线的圆柱形橡胶帽；
(3)将制作完成的柱形药卷插入模型试验预留炮孔内，固定炮孔外的PVC管；
(4)对震源进行充电，震源电火花放电头针尖瞬间放电进行爆破，爆破结束后，沿炮孔拉动带金属线的圆柱形橡胶帽的金属线对炮孔内爆炸产生的PC管碎片进行清理。
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