CN113654892B - 爆破动力响应模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种爆破动力响应模拟装置，包括围压施加装置、岩样、动力传递装置以及动力发生装置；围压施加装置，其用于对岩样施加围压；岩样，其上开设有爆破试验孔；动力传递装置，其设置在岩样的爆破试验孔中，且在动力传递装置上设置有通孔；以及动力发生装置，其沿孔洞的轴向对动力传递装置施加冲击力；围压施加装置对岩样施加围压，动力发生装置沿轴向对动力传递装置的孔洞施加冲击力，冲击力通过动力传递装置传递给岩样，从而获得岩样受冲击爆破的相应过程。本发明通过流体模拟爆生气体对岩样起裂及裂纹传播的作用，与传统方法相比，提高了准确性，同时避免了试验过程中炸药的使用，大大提高了试验过程的安全性与可操作性。

Description

爆破动力响应模拟装置
技术领域
本发明属于岩体爆破开挖的技术领域，具体涉及一种适用于岩体开挖的爆破动力响应模拟装置。
背景技术
钻孔爆破作为一种经济、高效的开挖方式，目前仍广泛应用于国内水电、矿山、交通等工程的深部岩体开挖过程中。爆破作用对岩体的破坏效果直接影响爆破施工的质量及效率,炸药爆炸产生的巨大能量在破碎岩体和抛掷碎块的同时，爆炸应力波不可避免地对保留岩体产生直接损伤及其振动破坏，导致岩体力学性能劣化、强度降低、完整性变差，从而威胁工程的安全稳定,研究爆破的破岩机理及破坏特征对控制爆破施工质量有着重要意义。现有的爆破动力响应模拟装置及方法大多采用使用小剂量炸药在封闭空间进行的方法，存在审批困难，安全性低等缺点，部分不采用炸药的模拟手段则难以体现爆生气体的作用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种爆破动力响应模拟装置，该装置无需炸药，即可模拟在爆破时产生的气体对岩样起裂及裂纹传播的作用，简化了试验过程。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种爆破动力响应模拟装置，
包括围压施加装置、岩样、动力传递装置以及动力发生装置；
围压施加装置，其用于对岩样施加围压；
岩样，其上开设有爆破试验孔；
动力传递装置，其设置在岩样的爆破试验孔中，且在动力传递装置上设置有通孔；以及
动力发生装置，其沿孔洞的轴向对动力传递装置施加冲击力；
围压施加装置对岩样施加围压，动力发生装置沿轴向对动力传递装置的孔洞施加冲击力，冲击力通过动力传递装置传递给岩样，从而获得岩样受冲击爆破的相应过程。
进一步地，所述动力传递装置包括设置在岩样轴孔内壁上的环形容置件，环形容置件上具有中心通孔，在所述环形容置件上沿其周向开设有凹槽，所述凹槽与岩样内壁之间形成封闭的空腔，在所述空腔中设置有流体。
进一步地，所述环形容置件与岩样内壁之间还设置有防止流体流失的密封圈。
进一步地，动力发生装置包括用于对环形容置件施加冲击力的冲头，冲头包括锥形段以及与锥形段连接的圆柱形段，圆柱形段的直径大于环形容置件的内径。
进一步地，岩样的爆破试验孔的内径为凹槽内径的2-3倍。
进一步地，流体为与岩样颜色有差异且体积模量不小于2.18GPa的流体。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过围压施加装置给中部开孔的岩样施加围压，再通过环形容置件和密封圈将体积模量较大流体(如水)密封在岩样孔口内，变直径冲头的直径大于岩样的环形容置件的内径，同时对冲头施加较大的速度，冲头在通过环形容置件的过程中会给环形容置件加载，荷载通过环形容置件和流体传递给岩样，在岩样产生裂纹后流体可以渗入裂缝，将力传导至裂缝尖端，模拟爆破时产生的气体对岩样起裂及裂纹传播的作用，此外通过调整冲头冲击前的速度及冲头的形状调整冲击过程中的荷载曲线。本发明采用冲击的方式模拟爆炸荷载的作用过程，通过流体模拟爆生气体对岩样起裂及裂纹传播的作用，与传统方法相比考虑了爆炸荷载的作用，提高了准确性，同时避免了试验过程中炸药的使用，大大提高了试验过程的安全性与可操作性。
附图说明
图1为本发明实施例爆破动力响应装置的正视图；
图2为图1中A-A向剖视图；
图3为受冲击荷载岩样开裂后图1中A-A截面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，本发明提供一种爆破动力响应模拟装置，包括围压施加装置1、岩样2、动力传递装置以及动力施加装置。围压施加装置用于对岩样施加围压，其可以为岩样2施加稳定的围压即可，与力的施加形式无关，可以为液压机也可以为螺栓结构等。在岩样2的中部沿轴向开设爆破试验孔，动力传递装置设置在爆破试验孔中，具体地，动力传递装置包括设置在岩样爆破试验孔内壁上的环形容置件3，该环形容置件3具有中心通孔，在环形容置件3上沿其周向还设置有凹槽，该凹槽与爆破试验孔内壁之间形成封闭的空腔，在空腔中设置有流体7，环形容置件3将流体7限位在空腔中，以约束流体7且使之在冲击的作用下主要发生径向变形，而在轴向产生较小的变形，以保证力的初始传导方向主要为径向。为了便于后期观察流体7在岩样中的冲击情况，流体7可采用颜色与岩样差异较大的流体，如液压油与水等。而为了保证了流体7不被压缩，流体7的体积模量不小于2.18GPa。此外，岩样爆破试验孔的内径为凹槽内径的2-3倍，这样可以保证空腔中装有足够量的流体，保证了传导力的效果。
此外，该爆破动力响应装置还包括动力发生装置，该动力发生装置包括冲头4，冲头4则包括锥形段以及与锥形段连接的圆柱形段，圆柱形段的直径大于环形容置件中心通孔的内径，且其为旋转体，可通过控制母线的斜率及冲头与环形容置件接触前的速度来控制加载及卸载的速率。具体地，可以通过连接杆5将冲头4与压缩6的弹簧连接，通过弹簧6的弹力对环形容置件3施加冲击力。
在使用本实施例的爆破动力响应装置时，见图2，将开有爆破试验孔的岩样2置于双轴加载机1中，同时在岩样底部放松沙作为支撑。在岩样2的爆破试验孔中安装环形容置件3并在空腔中放入流体，将流体密封在空腔中。开动双轴加载机1为其岩样2施加围压。通过连接杆5将冲头4固定在压缩后的弹簧6上，且将冲头4对准环形容置件的中心通孔。之后解除弹簧6的约束，使冲头4以一定的速度冲击环形容置件3的中心通孔，因冲头4的直径大于环形容置件3的通孔内径，则冲头4在这个过程中会通过环形容置件3及空腔中的流体7给岩样2加载，进而得到岩样2受径向冲击作用下的动力响应，岩样受冲击开裂后的状态如图3所示。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种爆破动力响应模拟装置，其特征在于，包括围压施加装置、岩样、动力传递装置以及动力发生装置；
围压施加装置，其用于对岩样施加围压；
岩样，其上开设有爆破试验孔；
动力传递装置，其设置在岩样的爆破试验孔中，且在动力传递装置上设置有通孔；以及
动力发生装置，其沿孔洞的轴向对动力传递装置施加冲击力；
围压施加装置对岩样施加围压，动力发生装置沿轴向对动力传递装置的孔洞施加冲击力，冲击力通过动力传递装置传递给岩样，从而获得岩样受冲击爆破的相应过程；
其中，所述动力传递装置包括设置在岩样轴孔内壁上的环形容置件，环形容置件上具有中心通孔，在所述环形容置件上沿其周向开设有凹槽，所述凹槽与岩样内壁之间形成封闭的空腔，在所述空腔中设置有液体；
动力发生装置包括用于对环形容置件施加冲击力的冲头，冲头包括锥形段以及与锥形段连接的圆柱形段，圆柱形段的直径大于环形容置件的内径。
2.根据权利要求1所述的爆破动力响应模拟装置，其特征在于，所述环形容置件与岩样内壁之间还设置有防止液体流失的密封圈。
3.根据权利要求1所述的爆破动力响应模拟装置，其特征在于，岩样的爆破试验孔的内径为凹槽内径的2-3倍。
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