CN112414852B - 一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法 - Google Patents

一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112414852B
CN112414852B CN202011084949.6A CN202011084949A CN112414852B CN 112414852 B CN112414852 B CN 112414852B CN 202011084949 A CN202011084949 A CN 202011084949A CN 112414852 B CN112414852 B CN 112414852B
Authority
CN
China
Prior art keywords
test piece
blasting
fracture
rock test
monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011084949.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112414852A (zh
Inventor
周宗青
屠文锋
焦玉勇
李利平
李术才
谭飞
商成顺
张道生
白松松
王超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Geosciences
Shandong University
Original Assignee
China University of Geosciences
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Geosciences, Shandong University filed Critical China University of Geosciences
Priority to CN202011084949.6A priority Critical patent/CN112414852B/zh
Publication of CN112414852A publication Critical patent/CN112414852A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112414852B publication Critical patent/CN112414852B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12Pressure testing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014Type of force applied
    • G01N2203/0016Tensile or compressive
    • G01N2203/0019Compressive
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003Generation of the force
    • G01N2203/0042Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048Hydraulic means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明提供一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法,属于岩土工程爆破模拟试验技术领域,包括:爆破动力模拟装置对岩石试件进行爆破激发;水压加载装置对岩石试件中的预制裂隙加载水压;爆破振动监测装置监测岩石试件爆破过程中的爆破振动速度;声发射监测装置监测岩石试件爆破过程中声发射信号特征;微变监测装置监测岩石试件爆破过程中的形变量以及水压变量。本发明通过裂隙内部预加载水压力、试件中心爆破激发等过程,采用爆破振动监测、水压与应变监测、内裂隙萌生定位与外裂隙扩展监测等手段,采用非炸药爆破方法,利用高压脉冲致裂定量模拟爆破动力的方法,实现了爆破动力的精确模拟与含水裂隙动力损伤测试定量表征。

Description

一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法
技术领域
本发明涉及岩土工程爆破模拟试验技术领域,具体涉及一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法。
背景技术
目前,在众多隧道及地下工程修建过程中,钻爆法施工比较灵活,可以采用比较简单便宜的施工设备,适用于开挖各种形状、尺寸、大小的地下洞室,因此成为岩体开挖手段之一。但是,在施工过程中,爆炸应力波在裂隙岩体中传播会引发岩体内裂隙扩展、贯通,并可能引发围岩破坏甚至塌方。因此,研究爆破开挖过程中所产生的爆炸应力波在裂隙岩体中的传播规律以及岩体的动态力学响应,对于钻爆法安全施工以及隧道开挖质量具有重要意义。
岩体是典型的不连续体,含有大量的节理、裂隙等。这些裂隙在动载荷作用下的扩展形态、大小与静态加载下有所不同。同时,应力波传播到含水岩体附近,会对裂隙内水压产生一定影响。在对岩体裂隙动力破坏研究中,室内和现场试验可以测定炸药和各种载荷条件下爆破岩石的破碎特征,但是,由于爆破炸药管制以及爆破现场的状况复杂,爆破强度难控制且花费巨大,难以开展多次定量爆破试验,而室内试验多研究标准试件水力压裂或者干燥岩体爆破模拟试验,尚缺乏一种岩体含水裂隙的动力扰动特性测试方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可精确模拟岩体爆破动力以及进行含水裂隙动力损伤测试定量表征的含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法,以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案:
一方面,本发明提供的一种含水裂隙动力损伤性能测试系统,包括:
爆破动力模拟装置,用于对岩石试件进行爆破激发;
水压加载装置,用于对岩石试件中的裂隙加载水压;
爆破振动监测装置,用于监测岩石试件爆破过程中的爆破振动速度;
声发射监测装置,用于监测岩石试件爆破过程中声发射信号特征;
微变监测装置,用于监测岩石试件爆破过程中的形变量以及水压变量。
优选的,还包括有防护装置,在所述防护装置内预制所述岩石试件;所述爆破动力模拟装置、所述水压加载装置、所述爆破振动监测装置、所述声发射监测装置以及所述微变监测装置均连接所述岩石试件。
优选的,所述爆破动力模拟装置包括高压脉冲致裂装置,所述高压脉冲致裂装置的炮头设于所述岩石试件的预留炮孔内。
优选的,所述高压脉冲致裂装置的高压脉冲致裂能量与炸药式爆破定量化表征关系为:y=2.206x+0.012x2,其中,x表示高压脉冲致裂能量,y表示等效炸药的质量。
优选的,所述水压加载装置包括有注水管,所述注水管插入所述岩石试件上的注水孔与所述岩石试件中的预制裂隙连通。
优选的,所述爆破振动监测装置为爆破振动三矢量传感器,所述爆破振动三矢量传感器安装在所述岩石试件的表面。
优选的,声发射监测装置包括多个声发射探头,多个所述声发射探头设于所述岩石试件的表面。
优选的,所述微变监测装置包括光纤应变计和光纤液位计;
所述光纤应变计设于所述岩石试件的预制裂隙的一侧,用于监测所述岩石试件的形变量;
所述光纤液位计设于所述岩石试件的预制裂隙中,用于监测预制裂隙中的水压变化。
优选的,所述岩石试件的外部还架设摄像装置,用于监测岩石试件表面裂隙的萌生扩展状态。
另一方面,本发明还提供一种利用如上所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统进行含水裂隙动力损伤性能测试的方法,包括如下步骤:
步骤S110:利用可拆卸模具在防护装置内部预制类岩石试件,岩石试件内部预制裂隙,裂隙顶部预留注水孔,利用注水管加载水压;在预制裂隙中预埋光纤液位计,在预制裂隙一侧预埋光纤应变计,在岩石试件中心预留炮孔;
步骤S120:在岩石试件表面布设爆破振动三矢量传感器,在试件表面布设声发射探头,试件外部架设摄像装置;
步骤S130:利用水压加载装置进行裂隙内部预加载水压力,利用高压脉冲致裂装置在试件中心预留的炮孔进行爆破激发;
步骤S140:通过光纤液位计采集裂隙内水压数据,通过光纤应变计采集裂隙岩体动态应变数据,通过声发射探头采集岩体破裂声发射信号,利用爆破振动三矢量传感器采集爆破振动数据,利用摄像装置记录试验中裂隙扩展过程;
步骤S150:利用水压数据、动态应变数据、声发射信号、振动数据以及裂隙扩展过程进行含水裂隙动力损伤测试定量表征。
本发明有益效果:通过裂隙内部预加载水压力、试件中心爆破激发等过程,采用爆破振动监测、水压与应变监测、内裂隙萌生定位与外裂隙扩展监测等手段,采用非炸药爆破方法,利用高压脉冲致裂定量模拟爆破动力的方法,实现了爆破动力的精确模拟与含水裂隙动力损伤测试定量表征。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统结构功能原理框图。
图2为本发明实施例所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统结构图。
图3为本发明实施例所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统的岩石试件测试结构示意图。
图4为本发明实施例所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统的炮头与固定装置结构图。
图5为本发明实施例所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统的爆破振动三矢量传感器与禁锢装置结构图。
图6为本发明实施例所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统的高压脉冲致裂装置的高压脉冲致裂能量与炸药式爆破定量化表征关系示意图。
图7为本发明实施例所述的含水裂隙动力损伤性能测试方法的流程图。
图8为本发明实施例所述的制备试件时的可拆卸模具的结构图。
图9为本发明实施例所述的炮头与固定装置结构分解图。
其中:1-岩石试件;2-防护装置;3-炮头;4-固定装置;41-固定圆盘;42-螺栓通孔;43-炮头固定孔;5-注水管;6-爆破振动三矢量传感器;7-禁锢装置;71-U型架;72-通孔;8-声发射探头;9-预制裂隙;10-预留炮孔;11-光纤应变计;12-光纤液位计;13-爆破动力模拟装置;14-水压加载装置;15-爆破振动监测装置;16-声发射监测装置;17-微变监测装置;18-炮头固定螺母;19-炮头端螺栓。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解,除非特意声明,这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是,本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本专利的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本专利和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本专利的限制。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
为便于理解本发明,下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明,且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解,附图只是实施例的示意图,附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
针对爆破模拟试验方法爆破难定量、难以开展含水裂隙岩体测试的不足,本发明实施例提供一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与试验方法,研究爆破过程中裂隙岩体动力损伤、裂隙内水压响应以及动态变形,采用非炸药爆破方法,利用高压脉冲致裂定量模拟爆破动力,实现了爆破动力的精确模拟与含水裂隙动力损伤测试定量表征。
如图1所示,本发明实施例1提供的含水裂隙动力损伤性能测试系统,包括:爆破动力模拟装置13,用于对岩石试件1进行爆破激发,模拟岩石试件爆破过程。水压加载装置14,用于对岩石试件1中的预制裂隙9加载水压。爆破振动监测装置15,用于监测岩石试件1爆破过程中的爆破振动速度。声发射监测装置16,用于监测岩石试件1爆破过程中声发射信号特征。微变监测装置17,用于监测岩石试件1爆破过程中的形变量以及水压变量。
在本发明实施例1中,在所述防护装置2内预制所述岩石试件1,并进行爆破模拟过程。所述爆破动力模拟装置、所述水压加载装置、所述爆破振动监测装置、所述声发射监测装置以及所述微变监测装置均连接所述岩石试件1。利用爆破动力模拟装置对岩石试件进行爆破模拟,使岩石试件发生爆破,发生断裂形变。利用水压加载装置对岩石试件的预制裂隙加水,爆破振动监测装置可设于岩石试件的表面,用来监测岩石试件爆破过程中的爆破振动速度。声发射监测装置可设于岩石试件的表面,监测岩石试件爆破过程中的声发射信号,并分析能量、频谱特征,进行破裂定位。
在实施例1中,如图3、4所示,所述爆破动力模拟装置包括高压脉冲致裂装置,所述高压脉冲致裂装置的炮头3通过固定装置4设于所述岩石试件1的预留炮孔10内。本实施例1中,高压脉冲致裂装置可以为TD-Sparker系列大功率电火花震源。
如图4、图9所示,所述固定装置4包括套设在所述炮头3上的固定圆盘41,所述固定圆盘41中部设有炮头固定孔43,炮头固定孔43的周边均匀设有供螺栓穿过的螺栓通孔42,在岩石试件1的预留炮孔10的周边利用膨胀螺丝将固定装置及炮头通过打孔固定在试件上,炮头3伸入预留炮孔10内。18为炮头固定螺母;19为炮头端螺栓,和炮头一体。
所述水压加载装置包括有注水管5,注水管5连通外部水源,所述注水管5插入所述岩石试件1上的注水孔与所述岩石试件1中的预制裂隙连通。外部水源通过注水管5进入预制裂隙内,保证预制裂隙内的水压。
如图3、5所述,所述爆破振动监测装置为爆破振动三矢量传感器6,所述爆破振动三矢量传感器6通过禁锢装置7安装在所述岩石试件1的表面。当岩石发生爆破断裂时,爆破振动三矢量传感器6可实时监测爆破振动速度信号。
在本实施例1中,爆破振动三矢量传感器6可以为NUBOX8016智能爆破测振仪。
如图5所示,所述禁锢装置7包括U型架71,U型架71与爆破振动三矢量传感器6的外形相匹配,爆破振动三矢量传感器6设于U型架71内,U型架71的两端延伸部设置通孔72,岩石试件1上设置与通孔72对应的供螺栓插入的盲孔,利用螺栓穿过通孔72将爆破振动三矢量传感器6安装在岩石试件的表面。
声发射监测装置包括多个声发射探头8,多个所述声发射探头8设于所述岩石试件1的表面。
所述微变监测装置包括光纤应变计11和光纤液位计12;所述光纤应变计11设于所述岩石试件1的预制裂隙9的一侧,用于监测所述岩石试件1的形变量;所述光纤液位计12设于所述岩石试件1的预制裂隙9中,用于监测预制裂隙9中的水压变化。
所述岩石试件1的外部还架设摄像装置,用于监测岩石试件1表面裂隙的萌生扩展状态。
本发明实施例1中,利用如上所述的测试系统进行含水裂隙动力损伤性能测试时,包括如下步骤:
步骤S110:利用可拆卸模具在防护装置内部预制类岩石试件,岩石试件内部预制裂隙,裂隙顶部预留注水孔,利用注水管加载水压;在预制裂隙中预埋光纤液位计,在预制裂隙一侧预埋光纤应变计,在岩石试件中心预留炮孔。
在预制裂隙时,在岩石试件浇筑过程中,在指定裂隙位置处利用薄膜状聚乙烯醇速溶材料贴合在裂隙侧壁,形成由薄膜状聚乙烯醇速溶材料包围的空间;在聚乙烯醇速溶材料贴合紧密后,在聚乙烯醇速溶材料包围的空间内充填可溶盐材料,并按压密实,形成“聚乙烯醇速溶材料-可溶盐-聚乙烯醇速溶材料”式裂隙充填结构;在裂隙充填结构上部加盖阻隔板,并利用改性刚性水泥保持密封性,阻隔板中间预留注水孔;通过注水孔向裂隙充填结构注入少量水,促使可溶盐材料与聚乙烯醇速溶材料溶解形成裂隙。
步骤S120:在岩石试件表面布设爆破振动三矢量传感器,在试件表面布设声发射探头,试件外部架设摄像装置。
步骤S130:利用水压加载装置进行裂隙内部预加载水压力,利用高压脉冲致裂装置在试件中心预留的炮孔进行爆破激发。
步骤S140:通过光纤液位计采集裂隙内水压数据,通过光纤应变计采集裂隙岩体动态应变数据,通过声发射探头采集岩体破裂声发射信号,利用爆破振动三矢量传感器采集爆破振动数据,利用摄像装置记录试验中裂隙扩展过程。
步骤S150:利用水压数据、动态应变数据、声发射信号、振动数据以及裂隙扩展过程进行含水裂隙动力损伤测试定量表征。
实施例2
本发明实施例2中,提供一种含水裂隙动力损伤性能测试系统,如图2所示,含水裂隙动力损伤性能测试系统包括:一体化浇筑与防护装置(即防护装置2)、爆破动力模拟与测试装置、裂隙内水压加载与微变监测装置、声发射监测与高速摄像装置,所述一体化浇筑与防护装置分别与爆破动力模拟与测试装置、裂隙内水压加载与微变监测装置、声发射监测与高速摄像装置相连接。
如图3至图5所示,本实施例2中,所述一体化浇筑与防护装置为高强度防爆钢化玻璃,一体化箱体结构,试验试件置于防护箱内,上部非密封,试验过程中具有较好的可视化效果。在其内部利用可拆卸模具预制类岩石试件,并布设监测元件、连接试验监测装置开展试验。可有效进行试验结果监测与试验现象观察,可有效防止爆破冲击能量过大造成试验设备损坏、降低危险性。
在所述一体化浇筑与防护装置内部利用可拆卸模具预制类岩石试件1,并在岩石试件1上布设监测元件,在岩石试件中心预留激发炮孔(预留炮孔10)。
所述的监测装置包括高压脉冲致裂装置、水压加载装置、爆破振动三矢量传感器、高精度光纤液位计、光纤应变计、声发射探头、高速摄像装置。
通过上述监测装置监测岩石试件爆破过程中的相关数据,包括爆破振动三矢量传感器监测爆破振动速度,利用高精度光纤液位计和光纤应变计分别监测水压与应变,利用声发射探头进行声发射信号监测,利用高速摄像装置记录岩石试件表面的裂隙萌生以及扩展数据。通过上述监测的所述的数据进行含水裂隙动力损伤性能测试分析。
所述的监测元件:高精度光纤液位计12预埋在裂隙内部,光纤应变计11布设于裂隙一侧,爆破振动三矢量传感器6利用禁锢装置7与螺栓固定于试件外表面,声发射探头8布设于试件1的外表面。
所述的爆破动力模拟装置采用高压脉冲放电形式模拟爆破。利用固定装置4将炮头3固定在岩石试件上部中心预留炮孔10内,采用交流电给高压脉冲致裂装置的电容器充电,达到额定电压时进行水中放电,将水电离汽化产生冲击波作用于炮孔壁上,完成一次爆破激发。
如图6所示,高压脉冲爆破的激发能量大小遵循高压脉冲致裂爆破模拟与炸药式爆破定量化表征关系为:y=2.206x+0.012x2,其中,x表示高压脉冲致裂能量,单位为千焦,y表示等效炸药的质量,单位为克。
所述的高速摄像装置架设于防护装置2的外侧或上方,监测外裂隙萌生与扩展,并进行扩展速度分析。
本发明实施例2中,利用上述系统进行含水裂隙动力损伤性能测试试验方法,其流程图如图7所示。首先,在防护装置2中进行岩石试件的浇筑,在岩石试件内部进行内裂隙预制,同时进行内部监测元件的埋设;在岩石试件的外部进行外部监测元件布设,连接监测装置,并进行监测装置的测试,保证监测装置的正常使用;对裂隙进行水压加载并保持稳压,利用爆破动力模拟装置进行爆破模拟激发,采集试验数据与并进行分析。
具体而言:
(1)首先,预制裂隙与预埋监测元件。在一体化浇筑与防护装置内部,利用可拆卸模具预制类岩石试件,试件内部预制裂隙,裂隙顶部预留注水孔,利用注水管5加载水压;在裂隙中预埋高精度光纤液位计12,在裂隙一侧预埋光纤应变计11,同时在试件中心预留炮孔。
如图8所示,在本实施例中,可拆卸模具为一模具箱体,上部敞口,长宽高1.0m*1.0m*0.5m,下部和四周共五块板拼接而成,预制试件时将其拼接好,试验材料自底部向上堆填。
(2)试件浇筑完成后,在试件表面利用禁锢装置7布设爆破振动三矢量传感器6,用于监测试验中X/Y/Z三个方向爆破振动速度。禁锢装置7的结构如图5所示。在试件表面布设声发射探头8,用于监测爆破过程中试件中声发射信号特征,并分析能量、频谱特征,进行破裂定位。同时试件外部架设高速摄像装置,用于监测试件表面裂隙萌生、扩展,并分析扩展速度。
(3)利用水压加载装置进行裂隙内部预加载水压力,利用高压脉冲致裂装置在试件中心预留的炮孔进行爆破激发,炮头固定装置如图4所示。
(4)采集裂隙内水压、裂隙岩体动态应变、岩体破裂声发射信号、爆破振动数据,并记录试验中裂隙扩展过程,进行含水裂隙动力损伤分析,实现了爆破动力的精确模拟与含水裂隙动力损伤测试定量表征。
综上所述,本发明实施例所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统,实现了内部裂隙预制与水压加载,采用高精度光纤传感器监测爆破冲击条件下裂隙内水压变化与试件内部变形,可有效测定含水裂隙预加载一定水压条件与爆破动力扰动条件下的裂隙内水压、裂隙岩体应变动力响应特征。
本发明实施例通过声发射探头和高速摄像机的布设设计,实现了内裂隙萌生与外裂隙扩展监测以及试件内部裂隙扩展定位分析。利用高压脉冲致裂模拟爆破,非炸药式爆破,安全性高、稳定性好。利用高压脉冲致裂爆破模拟与非炸药式爆破定量化表征关系,可定量模拟单位当量爆破模拟,爆破强度可控,经济性强,单次快速爆破激发,可缩短试验周期。
本发明实施例所述的测试系统组装方便,防护作用强,测试方便。含水裂隙动力损伤性能测试方法实现了爆破动力的精确模拟与含水裂隙动力损伤测试的定量表征。
以上所述仅为本公开的优选实施例,并不用于限制本公开,对于本领域的技术人员来说,本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述,但并非对本公开保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明公开的技术方案的基础上,本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种含水裂隙动力损伤性能测试系统,其特征在于,包括:
爆破动力模拟装置(13),用于对岩石试件(1)进行爆破激发;
水压加载装置(14),用于对岩石试件(1)中的预制裂隙(9)加载水压;
爆破振动监测装置(15),用于监测岩石试件(1)爆破过程中的爆破振动速度;
声发射监测装置(16),用于监测岩石试件(1)爆破过程中声发射信号特征;
微变监测装置(17),用于监测岩石试件(1)爆破过程中的形变量以及水压变量,包括:
光纤应变计(11)和光纤液位计(12);
所述光纤应变计(11)设于所述岩石试件(1)的预制裂隙(9)的一侧,用于监测所述岩石试件(1)的形变量;
所述光纤液位计(12)设于所述岩石试件(1)的预制裂隙(9)中,用于监测预制裂隙(9)中的水压变化。
2.根据权利要求1所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统,其特征在于:
还包括有防护装置(2),在所述防护装置(2)内预制所述岩石试件(1);所述爆破动力模拟装置、所述水压加载装置、所述爆破振动监测装置、所述声发射监测装置以及所述微变监测装置均连接所述岩石试件(1)。
3.根据权利要求1所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统,其特征在于:
所述爆破动力模拟装置包括高压脉冲致裂装置,所述高压脉冲致裂装置的炮头(3)设于所述岩石试件(1)的预留炮孔(10)内。
4.根据权利要求3所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统,其特征在于:
所述高压脉冲致裂装置的高压脉冲致裂能量与炸药式爆破定量化表征关系为:y=2.206x+0.012x2,其中,x表示高压脉冲致裂能量,y表示等效炸药的质量。
5.根据权利要求1所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统,其特征在于:
所述水压加载装置包括有注水管(5),所述注水管(5)插入所述岩石试件(1)上的注水孔与所述岩石试件(1)中的预制裂隙连通。
6.根据权利要求1所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统,其特征在于:
所述爆破振动监测装置为爆破振动三矢量传感器(6),所述爆破振动三矢量传感器(6)安装在所述岩石试件(1)的表面。
7.根据权利要求1所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统,其特征在于:
声发射监测装置包括多个声发射探头(8),多个所述声发射探头(8)设于所述岩石试件(1)的表面。
8.根据权利要求1所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统,其特征在于:
所述岩石试件(1)的外部还架设摄像装置,用于监测岩石试件(1)表面裂隙的萌生扩展状态。
9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的含水裂隙动力损伤性能测试系统进行含水裂隙动力损伤性能测试的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S110:利用可拆卸模具在防护装置内部预制类岩石试件,岩石试件内部预制裂隙,裂隙顶部预留注水孔,利用注水管加载水压;在预制裂隙中预埋光纤液位计,在预制裂隙一侧预埋光纤应变计,在岩石试件中心预留炮孔;
步骤S120:在岩石试件表面布设爆破振动三矢量传感器,在试件表面布设声发射探头,试件外部架设摄像装置;
步骤S130:利用水压加载装置进行裂隙内部预加载水压力,利用高压脉冲致裂装置在试件中心预留的炮孔进行爆破激发;
步骤S140:通过光纤液位计采集裂隙内水压数据,通过光纤应变计采集裂隙岩体动态应变数据,通过声发射探头采集岩体破裂声发射信号,利用爆破振动三矢量传感器采集爆破振动数据,利用摄像装置记录试验中裂隙扩展过程;
步骤S150:利用水压数据、动态应变数据、声发射信号、振动数据以及裂隙扩展过程进行含水裂隙动力损伤测试定量表征。
CN202011084949.6A 2020-10-12 2020-10-12 一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法 Active CN112414852B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011084949.6A CN112414852B (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011084949.6A CN112414852B (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112414852A CN112414852A (zh) 2021-02-26
CN112414852B true CN112414852B (zh) 2021-10-29

Family

ID=74854981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011084949.6A Active CN112414852B (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112414852B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114280102A (zh) * 2021-11-26 2022-04-05 湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司 基于金属丝电爆炸的深埋隧道周边孔爆破实验装置及方法
CN114323916B (zh) * 2021-12-31 2022-07-01 中国矿业大学 一种确定深部岩石受扰敏感性的方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4531403A (en) * 1980-08-01 1985-07-30 Korompay Susan A De Method and apparatus for fracturation detection
CN101644156A (zh) * 2009-07-17 2010-02-10 中国矿业大学 煤岩体水力爆破致裂弱化方法
CN105911150A (zh) * 2016-05-05 2016-08-31 北京科技大学 可回收式围岩破裂监测声发射传感器安装装置和方法
CN207198125U (zh) * 2017-09-07 2018-04-06 西安科技大学 一种裂隙注浆实验室模拟装置
CN108333258A (zh) * 2018-01-11 2018-07-27 浙江大学 基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测装置及方法
CN109490075A (zh) * 2018-11-19 2019-03-19 四川大学 一种主动围压下的岩石爆破振动测试装置及其应用
CN109975119A (zh) * 2019-04-15 2019-07-05 四川大学 一种岩石双轴压缩爆破设计方法
CN209727611U (zh) * 2019-03-13 2019-12-03 合肥工业大学 脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统
CN111155979A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 山东科技大学 水压致裂与毫秒微差爆破协同建造干热岩人工热储的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4531403A (en) * 1980-08-01 1985-07-30 Korompay Susan A De Method and apparatus for fracturation detection
CN101644156A (zh) * 2009-07-17 2010-02-10 中国矿业大学 煤岩体水力爆破致裂弱化方法
CN105911150A (zh) * 2016-05-05 2016-08-31 北京科技大学 可回收式围岩破裂监测声发射传感器安装装置和方法
CN207198125U (zh) * 2017-09-07 2018-04-06 西安科技大学 一种裂隙注浆实验室模拟装置
CN108333258A (zh) * 2018-01-11 2018-07-27 浙江大学 基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测装置及方法
CN109490075A (zh) * 2018-11-19 2019-03-19 四川大学 一种主动围压下的岩石爆破振动测试装置及其应用
CN209727611U (zh) * 2019-03-13 2019-12-03 合肥工业大学 脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统
CN109975119A (zh) * 2019-04-15 2019-07-05 四川大学 一种岩石双轴压缩爆破设计方法
CN111155979A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 山东科技大学 水压致裂与毫秒微差爆破协同建造干热岩人工热储的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Experimental Investigation on the Basic Law of Hydraulic Fracturing After Water Pressure Control Blasting;Bingxiang Huang 等;《Rock Mech Rock Eng》;20130820;第47卷;第1321-1334页 *
Model test study on vibration blasting of large cross-section tunnel with small clearance in horizontal stratified surrounding rock;Shuguang Song 等;《Tunnelling and Underground Space Technology》;20190704;第92卷;第1-6页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112414852A (zh) 2021-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hao et al. Dynamic tensile behaviour and crack propagation of coal under coupled static-dynamic loading
CN105865907B (zh) 一种用于动力扰动型岩爆模拟的真三轴试验夹具
Tannant et al. Rockbolt behaviour under dynamic loading: field tests and modelling
CN112414852B (zh) 一种含水裂隙动力损伤性能测试系统与测试方法
CN103344491B (zh) 一种基于静载和爆炸荷载共同作用下巷道冲击地压的模拟方法
CN103278404B (zh) 一种用于模拟深部岩体冲击破坏的试验装置及方法
CN110261019B (zh) 一种二氧化碳相变致裂压力测试装置
CN108827578A (zh) 一种双向静动加载的顶板关键块冒落试验装置及方法
CN210071193U (zh) 一种二氧化碳相变致裂压力测试装置
CN103471941A (zh) 锚杆抗冲击性能模拟测试系统
US11921088B2 (en) Thermal-stress-pore pressure coupled electromagnetic loading triaxial Hopkinson bar system and test method
Yu et al. Evaluation of influence of vibrations generated by blasting construction on an existing tunnel in soft soils
US11966672B2 (en) Method and system for simulating contact and interaction between support member and chamber surrounding rock mass
CN108593520A (zh) 一种空气环境下电脉冲煤岩致裂增渗实验系统及实验方法
Pan et al. Study on crack propagation of the CO2 presplitting blasting empty hole effect in coal seam
AU2021100769A4 (en) An Experimental Method for Simulating Triggered Rockburst of Rock Wall under Micro-disturbance
CN112268818B (zh) 岩石真三轴可控冲击波压裂试验系统及方法
CN112414853B (zh) 一种爆破冲击下含水裂隙水压测试方法
Jianhua et al. Discussion on blasting vibration monitoring for rock damage control in rock slope excavation
CN116399725B (zh) 锚索动态力学性能测试方法及其测试系统
Zhang et al. In situ tests comparing the support effects of thin spray-on liner and shotcrete on a roadway subjected to blasting
US11906481B1 (en) Grouting and water-plugging device for fractured rock in mine coupling state, and test method
CN216816041U (zh) 一种竖向可观察式结构柱抗爆试验装置
CN108593236B (zh) 一种爆破冲击和瞬态卸荷的荷载实验分离方法
Fan et al. Effects of unidirectional in situ stress on crack propagation of a jointed rock mass subjected to stress wave

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant