CN113390725A - 用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统及方法，系统包括油缸、隔油橡胶膜、环形抱箍、试样安装室，所述油缸为对称设置的可拆分空心半圆柱形，两半圆柱形油缸通过螺栓连接合拢成空心圆柱体作为围压控制系统，合拢后的空心圆柱形油缸轴线与霍普金森杆入射杆及投射杆轴线重合形成外围密闭空间，所述隔油橡胶模及环形抱箍用于将试样安装室与油缸内液压油进行隔绝，所述试样安装室内包含透水石、陶土板及孔隙水、气压测试传感单元用于量测土样动力加载过程中的孔隙应力。本发明基于非饱和土有效应力原理提出了多级围压下土体SHPB动态压缩试验测试技术及数据处理方法，填补了高加载率下非饱和土有效应力指标测试的空白。
Description
技术领域
本发明涉及材料动力学实验测试设备领域，尤其涉及一种用于测试土体动力特性的霍普金森杆围压控制系统。
背景技术
冲击荷载作用下土体力学响应的研究是相关领域的重要研究课题，如，滑坡、危岩崩塌中岩土体失稳脱离母体，以自由落体的方式连续冲击地面对土体力学特性的影响；建筑物拆除爆破过程中，塌落体对地面的连续冲击诱发的触地振动效应；强夯法地基处理中的强夯参数设计、效果评价及强夯施工振动影响分析等问题都涉及到土体在冲击荷载作用下力学响应的问题。
分离式霍普金森杆(SHPB)已经被国际上广泛应用于测试材料在高应变率(102s-1～104s-1)下的动力特性。基于一维应力波理论，初始的分离式霍普金森杆只能用于测试材料在一维应力状态下的动力特性。随着技术的进步，轴压及围压装置的研制与开发使得新型的霍普金森杆设备可以用于研究材料处于复杂三维应力状态的动力特性。
然而，目前SHPB试验主要还是用于研究脆性材料如岩石、混凝土、金属等材料的动力特性及应变率效应，较少用于测试软材料的动力特性，其主要原因是软材料自身波阻抗较小，而基于一维弹性波理论的SHPB测试技术往往面临无法采集到透射波信号的问题。为解决软材料透射波信号采集的问题现有的处理方法通常有两种，第一是对采集应力波的传感器进行改进，如在软材料试样两端设置用于采集信号的石英晶体压电传感器，第二种为添加围压约束软材料的侧向变形，提高软材料整体强度，实现透射波信号的采集。基于以上方法实现了对橡胶、泡沫、PBX炸药等软材料的SHPB动力测试。
即便如此，SHPB仍极少用于土体的动力特性测试，主要原因为土体是一种天然的散体堆积材料，通常情况下土体由土颗粒、水与空气三相组成，在研究其力学特性时内部孔隙应力的测试不可忽视，而目前在霍普金森杆实验设备中还未有关于土体在动力荷载下测量其内部超静孔隙气压力及孔隙水应力的装置及测试方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统，以解决土体三维SHPB试验中内部孔隙应力测试及外部围压控制问题，实现采用分离式霍普金森杆设备测试土体在高应变率下的动力特性。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统，包括用于填充液压油的油缸，所述油缸由两个空心半圆柱体通过螺栓连接合并为一个空心圆柱体，所述空心圆柱体的中心处形成同霍普金森入射杆及投射杆同轴线的圆柱形通道，所述圆柱形通道的直径与试样圆柱体大小匹配以作为试样圆柱体的安装室；
所述试样圆柱体包括：土体试样、透水石、陶土板以及隔水橡胶膜，其中，
所述土体试样的一端连接有所述透水石，另一端连接有所述陶土板，所述透水石和陶土板直径与土体试样直径相同；
所述隔油橡胶膜包裹在所述土体试样、透水石和陶土板三者外部，包裹后形成所述试样圆柱体；
所述试样圆柱体的两端分别通过一个环形抱箍与霍普金森杆件的端部连接；
所述试样圆柱体上，临近透水石一端的第一环形抱箍的侧壁中心位置预埋用于检测孔隙应力的气压传感器；
所述试样圆柱体上，临近陶土板一端的第二环形抱箍的侧壁中心位置预埋用于布置检测水压孔隙应力的水压传感器；
数据采集装置，与所述水压传感器和气压传感器信号连接。
所述环形抱的内部设有传感器导线孔。
所述空心圆柱体沿圆心轴线方向长度达到所述试样圆柱体的安装室沿圆心轴线方向长度的5倍及以上。
所述环形抱箍上临近试样圆柱体的一端设有圆柱形密封腔，圆柱形密封腔的直径与试样圆柱体直径相等，圆柱形密封腔的深度大于等于所述透水石厚度及陶土板厚度，所述圆柱形密封腔用于将试样圆柱体端部固定密封。
所述环形抱箍为铰接连接的两个空心半圆环体，两个空心半圆环体合拢后采用螺栓连接形成所述圆柱形密封腔。
一种基于所述用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统的试验方法，包括如下步骤：
(1)将油缸分离为独立的两个空心半圆柱体，两个空心半圆柱体的底部设有导轨，沿导轨移动两个空心半圆柱体，合并为一个空心圆柱体，要求试样圆柱体位于油缸中心并固定，调整霍普金森杆件形成圆形通道作为试样圆柱体的安装室；
(2)试样圆柱体组装：首先将透水石与陶土板放置于土体试样两端，用隔油橡胶膜进行密封包裹形成密闭的试样圆柱体，然后将气压传感器和水压传感器安装到两个环形抱箍内，最后用环形抱箍固定至所述试样圆柱体两端，其中内置气压传感器的环形抱箍与透水石一侧相连，内置水压传感器的环形抱箍与圆柱土样陶土板一侧相连，拧紧螺钉确保组装好的试样完全密封；
(3)将组装好的试样圆柱体安装至预留圆形通道处，移动入射杆和透射杆使其与试样圆柱体两端断面紧密接触；
(4)放置上部油缸，同时将传感器导线通过传感器导线孔引至油缸外部，拧紧螺栓将上、下油缸盖紧形成封闭的围压控制装置；
(5)通过油缸上的上部进/出油孔和下部进/出油孔同时对油缸内部加入液压油，直至上部排气孔有液压油流出，标志着液压油已加满，关闭上部排气孔，同时对内部油缸加压施加围压至控制值，围压值可根据油压传感器进行标定；
(6)调试SHPB设备，触发动力荷载并记录试验数据，单次冲击试验结束后，打开上部进/出油孔和下部进/出油孔降低油缸内部油压和排出液压油，拆分油缸，取出内部土样观测破坏形态，改变围压大小，重复以上步骤进行冲击试验，并对
(7)试验数据进行处理，试验数据处理方法如下：
7A.开展不同围压条件下的SHPB单轴冲击试验，围压值大小分别设置为σ31,σ32,…,σ3n，通过入射杆及反射杆上的应变片采集特定围压σ3i下的入射波、反射波及透射波信号，分别为σIi、σRi、σTi，利用一维应力波理论并基于一维假定与均匀假定求解试件的应力σi和应变εi，绘制应力应变曲线并提取应力峰值σi-peak，通过试样圆柱体两端设置的水压传感器与气压传感器记录冲击过程中的孔隙水应力与孔隙气应力，分别为uwi和uai；
7B.在τ-σ坐标系下绘制系列摩尔应力圆，第i个应力圆的横坐标分别为σ3i和σi-peak，作所有应力圆的公切线，得到总应力强度指标，即公切线的纵坐标截距c和公切线的斜率
7C.确定非饱和土Bishop有效应力公式中的有效应力参数χ，分别计算
并在三维应力空间中进行表示，将绘制的三维应力曲线投影到
平面坐标系下，求解投影直线的斜率k，则有效应力系数
7D.通过非饱和土Bishop有效应力公式计算动载条件下的非饱和土有效应力，即σ'＝σ-ua+χ(ua-uw)，式中：σ'为有效应力，σ为总应力，χ为有效应力系数，ua为孔隙气应力，uw为孔隙水应力。
有益效果：
所提出的用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统解决了土体试样外部围压控制及内部孔隙应力测试的问题，并基于非饱和土有效应力原理提出了不同围压下土体SHPB动态压缩试验测试技术及数据处理方法，填补了高加载率下非饱和土有效应力指标测试的空白，相比于现有方法及系统，本发明具有以下优点及好处：
(1)现有的围压装置主要为推拉式，即沿着导轨方向平行移动，此类围压装置的主要弊端是在土体试样的装载与卸载过程中极容易对土体产生扰动，装载过程中的扰动对测试数据的稳定性有较大影响，而卸载过程中的二次扰动则对观察测试后的土体试样的最终形态有较大影响。相比于现有围压装置，本发明所述的可拆分式围压装置避免了试样装载与卸载过程中围压装置的横向移动，可实现对土体试样的零干扰；
(2)现有SHPB测试系统尚无法实现对土体内部孔隙应力的测试，本发明所述的圆柱体试样安装室中布设有透水石、陶土板及孔隙水、气压传感器，可实现对非饱和土体内部孔隙水应力、孔隙气应力的测量，为采用SHPB测试系统研究土体有效应力指标提供了技术支持；
(3)本发明提出了多级围压下非饱和土SHPB动态压缩试验测试技术与数据处理方法，可确定非饱和土Bishop有效应力公式中的有效应力参数χ，填补了高加载率下非饱和土有效应力指标测试的空白。
附图说明
图1为本发明所述的围压控制与测试装置纵向剖视图；
图2为图1中A-A剖视图；
图3为土体试样及测试单元安装局部放大图；
图4为环形抱箍的局部放大图；
图5为图4的侧视图。
图中，1-油缸；2-上部进/出油孔；3-上部排气孔；4-下部进/出油孔；5-入射杆；6-透射杆；7-土体试样；8-透水石；9-陶土板；10-隔油橡胶模；11-环形抱箍；12-气压传感器数据采集仪；13-水压传感器数据采集仪；14-油压传感器数据采集仪；15-油缸支座；16-导轨；17-螺栓；18-密封垫圈；19-螺栓孔；20-铰链；21-螺钉；22-密封垫片；23-螺孔；24-导线孔。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明所述的围压控制与测试装置做进一步说明。
实施例1
本实施案例所述的霍普金森杆围压控制与测试装置，结构如图1-4所示，包括用于填充液压油的油缸1、隔油橡胶模10、环形抱箍11，以及试样安装室；所述油缸为可拆分的对称设置的空心半圆柱体，两个半圆柱体通过螺栓17连接合并为一个空心圆柱体后在中心形成同霍普金森入射杆5及投射杆6同轴线的圆形通道，圆形通道直径与试样大小匹配以作为试样圆柱体的安装室；
试样安装室内首先填充土体试样7，然后在两端布置透水石8与陶土板9，最后采用隔油橡胶膜10进行包裹形成密闭的试样圆柱体；
进一步的，采用环形抱箍11连接试样圆柱体与霍普金森杆件，所述环形抱箍11上临近透水石一端的侧壁中心位置预埋用于检测水压孔隙应力的水压传感器；
所述环形抱箍11上临近陶土板一端的侧壁中心位置预埋用于布置检测孔隙应力的气压传感器；
所述环形抱箍11的内部设有传感器导线孔。
所述环形抱箍11上临近试样圆柱体的一端设有圆柱形密封腔，圆柱形密封腔的直径与试样圆柱体直径相等，圆柱形密封腔的深度大于等于所述透水石厚度及陶土板厚度，所述圆柱形密封腔用于将试样圆柱体端部固定密封。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，所述环形抱箍为铰接连接的两个空心半圆环体，两个半圆环体合拢后采用螺栓连接形成所述圆柱形密封腔。
本发明用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统的试验方法，具体操作及试验流程如下：
(1)将油缸1分离为独立的两个空心半圆柱体，沿导轨16移动油缸1下部空心半圆柱体到相应位置，要求试样圆柱体位于油缸1中心并固定，调整霍普金森杆件形成圆形通道作为土样7的安装室；
(2)试样圆柱体组装：首先将透水石8与陶土板9放置于土体试样7两侧，用隔油橡胶膜10进行密封包裹，然后将气压传感器和水压传感器安装到两个环形抱箍11内，最后用环形抱箍11固定至试样圆柱体两端，其中内置气压传感器的环形抱箍11与透水石8一侧相连，内置水压传感器的环形抱箍11与圆柱土样陶土板9一侧相连，拧紧螺钉21确保组装好的试样完全密封。
(3)将组装好的试件安装至预留圆形通道处，移动入射杆5和透射杆6使其与圆柱样两侧断面紧密接触。
(4)放置上部油缸，同时将传感器导线通过导线孔24引至油缸外部，拧紧螺栓17将上下油缸盖紧形成封闭的围压控制装置。
(5)通过上部进/出油孔2和下部进/出油孔4同时对油缸内部加入液压油，直至上部排气孔3有液压油流出，标志着液压油已加满，关闭上部排气孔3，同时对内部油缸加压施加围压至控制值，围压值可根据油压传感器进行标定。
(6)调试SHPB设备，触发动力荷载并记录试验数据，单次冲击试验结束后，打开上部进/出油孔2和下部进/出油孔4降低油缸1内部油压和排出液压油，拆分油缸1，取出内部土样观测破坏形态，改变围压大小，重复以上步骤进行冲击试验，并对试验数据进行处理。
(7)试验数据处理方法如下：
7A.开展不同围压条件下的SHPB单轴冲击试验，围压值大小分别设置为σ31,σ32,…,σ3n，通过入射杆及反射杆上的应变片采集特定围压σ3i下的入射波、反射波及透射波信号，分别为σIi、σRi、σTi，利用一维应力波理论并基于一维假定与均匀假定求解试件的应力σi和应变εi，绘制应力应变曲线并提取应力峰值σi-peak，通过土体试样两端设置的水压传感器与气压传感器记录冲击过程中的孔隙水应力与孔隙气应力，分别为uwi和uai；
7B.在τ-σ坐标系下绘制系列摩尔应力圆，第i个应力圆的横坐标分别为σ3i和σi-peak，作所有应力圆的公切线，得到总应力强度指标c和
即公切线的纵坐标截距和公切线的斜率；
7c.确定非饱和土Bishop有效应力公式中的有效应力参数χ，分别计算
并在三维应力空间中进行表示，将绘制的三维应力曲线投影到
平面坐标系下，求解投影直线的斜率k，则有效应力系数
7D.通过非饱和土Bishop有效应力公式计算动载条件下的非饱和土有效应力，即σ'＝σ-ua+χ(ua-uw)。式中：σ'为有效应力，σ为总应力，χ为有效应力系数，ua为孔隙气应力，uw为孔隙水应力。
Claims (5)
1.一种用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统，包括用于填充液压油的油缸，所述油缸由两个空心半圆柱体通过螺栓连接合并为一个空心圆柱体，所述空心圆柱体的中心处形成同霍普金森入射杆及投射杆同轴线的圆柱形通道，所述圆柱形通道的直径与试样圆柱体大小匹配以作为试样圆柱体的安装室；
其特征在于，所述试样圆柱体包括：土体试样、透水石、陶土板以及隔水橡胶膜，其中，
所述土体试样的一端连接有所述透水石，另一端连接有所述陶土板，所述透水石和陶土板直径与土体试样直径相同；
所述隔油橡胶膜包裹在所述土体试样、透水石和陶土板三者外部，包裹后形成所述试样圆柱体；
所述试样圆柱体的两端分别通过一个环形抱箍与霍普金森杆件的端部连接；
所述试样圆柱体上，临近透水石一端的第一环形抱箍的侧壁中心位置预埋用于检测孔隙应力的气压传感器；
所述试样圆柱体上，临近陶土板一端的第二环形抱箍的侧壁中心位置预埋用于布置检测水压孔隙应力的水压传感器；
数据采集装置，与所述水压传感器和气压传感器信号连接。
所述环形抱箍的内部设有传感器导线孔。
2.根据权利要求1所述的用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统，其特征在于，
所述空心圆柱体沿圆心轴线方向长度达到所述试样圆柱体的安装室沿圆心轴线方向长度的5倍及以上。
3.根据权利要求1所述的用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统，其特征在于，
所述环形抱箍上临近试样圆柱体的一端设有圆柱形密封腔，圆柱形密封腔的直径与试样圆柱体直径相等，圆柱形密封腔的深度大于等于所述透水石厚度及陶土板厚度，所述圆柱形密封腔用于将试样圆柱体端部固定密封。
4.根据权利要求3所述的用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统，其特征在于，
所述环形抱箍为铰接连接的两个空心半圆环体，两个空心半圆环体合拢后采用螺栓连接形成所述圆柱形密封腔。
5.一种基于权利要求1～4中任一所述用于土体动力学特性的霍普金森杆围压控制与测试系统的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将油缸分离为独立的两个空心半圆柱体，两个空心半圆柱体的底部设有导轨，沿导轨移动两个空心半圆柱体，合并为一个空心圆柱体，要求试样圆柱体位于油缸中心并固定，调整霍普金森杆件形成圆形通道作为试样圆柱体的安装室；
(2)试样圆柱体组装：首先将透水石与陶土板放置于土体试样两端，用隔油橡胶膜进行密封包裹形成密闭的试样圆柱体，然后将气压传感器和水压传感器安装到两个环形抱箍内，最后用环形抱箍固定至所述试样圆柱体两端，其中内置气压传感器的环形抱箍与透水石一侧相连，内置水压传感器的环形抱箍与圆柱土样陶土板一侧相连，拧紧螺钉确保组装好的试样完全密封；
(3)将组装好的试样圆柱体安装至预留圆形通道处，移动入射杆和透射杆使其与试样圆柱体两端断面紧密接触；
(4)放置上部油缸，同时将传感器导线通过传感器导线孔引至油缸外部，拧紧螺栓将上、下油缸盖紧形成封闭的围压控制装置；
(5)通过油缸上的上部进/出油孔和下部进/出油孔同时对油缸内部加入液压油，直至上部排气孔有液压油流出，标志着液压油已加满，关闭上部排气孔，同时对内部油缸加压施加围压至控制值，围压值可根据油压传感器进行标定；
(6)调试SHPB设备，触发动力荷载并记录试验数据，单次冲击试验结束后，打开上部进/出油孔和下部进/出油孔降低油缸内部油压和排出液压油，拆分油缸，取出内部土样观测破坏形态，改变围压大小，重复以上步骤进行冲击试验，并对
(7)试验数据进行处理，试验数据处理方法如下：
7A.开展不同围压条件下的SHPB单轴冲击试验，围压值大小分别设置为σ31,σ32,…,σ3n，通过入射杆及反射杆上的应变片采集特定围压σ3i下的入射波、反射波及透射波信号，分别为σIi、σRi、σTi，利用一维应力波理论并基于一维假定与均匀假定求解试件的应力σi和应变εi，绘制应力应变曲线并提取应力峰值σi-peak，通过试样圆柱体两端设置的水压传感器与气压传感器记录冲击过程中的孔隙水应力与孔隙气应力，分别为uwi和uai；
7B.在τ-σ坐标系下绘制系列摩尔应力圆，第i个应力圆的横坐标分别为σ3i和σi-peak，作所有应力圆的公切线，得到总应力强度指标，即公切线的纵坐标截距c和公切线的斜率
7C.确定非饱和土Bishop有效应力公式中的有效应力参数χ，分别计算
并在三维应力空间中进行表示，将绘制的三维应力曲线投影到
平面坐标系下，求解投影直线的斜率k，则有效应力系数
7D.通过非饱和土Bishop有效应力公式计算动载条件下的非饱和土有效应力，即σ'＝σ-ua+χ(ua-uw)，式中：σ'为有效应力，σ为总应力，χ为有效应力系数，ua为孔隙气应力，uw为孔隙水应力。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114254423A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-29 | 中国人民解放军陆军勤务学院 | 球孔随机分布的多孔混凝土shpb试验结构效应计算方法 |
| CN118168962A (zh) * | 2024-05-14 | 2024-06-11 | 四川大学 | 一种基于霍普金森压杆的单脉冲实验装置及实验方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109490043A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-19 | 重庆交通大学 | 应力状态下冻土冻融循环shpb试验设备及其试验方法 |
| CN110926927A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-03-27 | 四川大学 | 一种翻盖式霍普金森杆围压装置 |
| CN110926936A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-03-27 | 山东科技大学 | 一种基于shpb试验系统的试件动态侧向应变测量装置及方法 |
| CN112858024A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-05-28 | 天津大学 | 用于测量水力耦合作用下深部岩石动态性能的装置及方法 |
-
2021
- 2021-06-09 CN CN202110642288.2A patent/CN113390725B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109490043A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-19 | 重庆交通大学 | 应力状态下冻土冻融循环shpb试验设备及其试验方法 |
| CN110926936A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-03-27 | 山东科技大学 | 一种基于shpb试验系统的试件动态侧向应变测量装置及方法 |
| CN110926927A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-03-27 | 四川大学 | 一种翻盖式霍普金森杆围压装置 |
| CN112858024A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-05-28 | 天津大学 | 用于测量水力耦合作用下深部岩石动态性能的装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 熊仲明等: "被动围压下黄土动态力学性能与能量耗散研究", 《岩土力学》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114254423A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-29 | 中国人民解放军陆军勤务学院 | 球孔随机分布的多孔混凝土shpb试验结构效应计算方法 |
| CN114254423B (zh) * | 2021-12-21 | 2023-06-13 | 中国人民解放军陆军勤务学院 | 球孔随机分布的多孔混凝土shpb试验结构效应计算方法 |
| CN118168962A (zh) * | 2024-05-14 | 2024-06-11 | 四川大学 | 一种基于霍普金森压杆的单脉冲实验装置及实验方法 |
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| Publication number | Publication date |
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