CN114720266A - 多场耦合动态加载装置及实验方法 - Google Patents

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CN114720266A CN202210515228.9A CN202210515228A CN114720266A CN 114720266 A CN114720266 A CN 114720266A CN 202210515228 A CN202210515228 A CN 202210515228A CN 114720266 A CN114720266 A CN 114720266A
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Abstract

本发明公开了一种多场耦合动态加载装置及实验方法，该多场耦合动态加载装置包括围压缸、入射杆、透射杆、轴压杆、压缩机和发射器。其中，围压缸用于充注液体以对试样施加围压，入射杆包括一体形成的第一部分和第二部分，第二部分上设有第一导孔。透射杆包括第三部分和第四部分，第三部分上设有第四导孔，试样夹持在第二部分和第三部分之间。轴压杆设置在透射杆的背离入射杆的一端以对试样施加轴压。压缩机与第一导孔和/或第二导孔连接以对试样施加渗透压。发射器设置在入射杆背离透射杆的一端以对试样施加入射应力波。采用本发明提供的多场耦合动态加载装置及实验方法，能够在实验中模拟试样在地质环境中受到的高地应力、高渗透压和动态荷载。

Description

多场耦合动态加载装置及实验方法
技术领域
本发明涉及动态力学试验技术领域，尤其涉及一种多场耦合动态加载装置及实验方法。
背景技术
由于地下工程会面临高地应力、高渗透压和动态载荷等作用的地质环境，这使得地下工程在这种地质环境下受到一定的损伤，因此，了解地下岩石的动态力学性能有利于了解地质环境对地下工程造成的影响和寻求降低地质环境对地下工程造成影响的方法。然而，相关技术中的动态加载实验装置在对岩石进行动态力学性能研究时，无法模拟岩石在地质环境中受到的高地应力、高渗透压和动态载荷，导致实验得到的岩石的动力学性能数据准确度不高。
发明内容
本发明实施例公开了一种多场耦合动态加载装置及实验方法，能够在实验中模拟试样在地质环境中受到的高地应力、高渗透压和动态荷载。
为了实现上述目的，第一方面，本发明公开了一种多场耦合动态加载装置，所述多场耦合动态加载装置用于对试样进行动力学性能实验，所述多场耦合动态加载装置包括：
围压缸，所述围压缸用于充注液体，以对所述试样施加围压；
入射杆，所述入射杆与所述围压缸连接，所述入射杆包括一体形成的第一部分和第二部分，所述第二部分上设有第一导孔；
透射杆，所述透射杆与所述围压缸连接，且所述透射杆与所述入射杆相对设置，所述透射杆包括第三部分和第四部分，所述第三部分上设有第二导孔，所述试样夹持于所述第二部分和所述第三部分之间；
轴压杆，所述轴压杆连接于所述透射杆背离所述入射杆的一端，所述轴压杆用于对所述试样施加轴压；
压缩机，所述压缩机连接于所述第一导孔和/或所述第二导孔，所述压缩机用于向所述试样施加渗透压；以及
发射器，所述发射器设置于所述入射杆背离所述透射杆的一端，所述发射器用于对所述试样施加入射应力波。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述多场耦合动态加载装置对所述试样施加的所述轴压和所述围压的差值满足以下关系式：
Figure BDA0003639242320000021
其中，Px为所述多场耦合动态加载装置对所述试样施加的所述轴压的大小，Py为所述多场耦合动态加载装置对所述试样施加的所述围压的大小，μ为所述试样与所述入射杆之间的摩擦系数，m为所述试样的质量，Ab为所述入射杆与所述试样的接触面积，g为比例系数，取9.8N/kg。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第一导孔和所述第二导孔的孔径小于或等于1mm。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第一导孔为包括第一长导孔和与所述第一长导孔连接的第一短导孔，所述第一长导孔背离所述第一长导孔和所述第一短导孔的连接处的一端设置有多个与所述第一长导孔连通的第一导槽；
所述第二导孔为包括第二长导孔和与所述第二长导孔连接的第二短导孔，所述第二长导孔背离所述第二长导孔和所述第二短导孔的连接处的一端设置有多个与所述第二长导孔连通的第二导槽。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述透射杆的所述第三部分和所述第四部分为一体成型。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述入射杆上设有第一应变片，所述第一应变片用于检测所述发射器对所述试样施加的所述入射应力波以及所述入射应力波经所述试样反射后的反射应力波在所述入射杆上传播时所述入射杆的应变；
所述透射杆上设有第二应变片，所述第二应变片用于检测所述入射应力波透过所述试样后的透射应力波在所述透射杆上传播时所述透射杆的应变。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述围压缸包括第一侧板、缸体和第二侧板，所述缸体固定连接于所述第一侧板和所述第二侧板中的二者之一上，且所述缸体可活动连接于所述第一侧板和所述第二侧板中的二者之另一上。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述围压缸内设有传感器，所述围压缸内壁设有电子元件接口，所述电子元件接口用于传输所述传感器的检测信息。
作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述多场耦合动态加载装置还包括温度加热器，所述温度加热器用于对所述试样进行加热。
第二方面，本发明公开了一种多场耦合动态加载装置的实验方法，所述多场耦合动态加载装置为第一方面所述的多场耦合动态加载装置，所述实验方法包括：
组装所述多场耦合动态加载装置；
将所述试样夹持于所述第二部分和所述第三部分之间；
向所述试样施加围压和轴压；
启动所述压缩机，以向所述试样施加渗透压；
启动所述发射器，以向所述试样施加入射应力波。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明实施例提供了一种多场耦合动态加载装置及实验方法，该多场耦合动态加载装置通过设置围压缸和轴压杆，从而实现对试样施加轴压和围压的目的，进而能够实现在实验中模拟试样在地质环境中受到的高地应力的目的。本发明提供的多场耦合动态加载装置还通过在入射杆的第二部分上设置第一导孔，以及在透射杆的第三部分上设置第二导孔，然后通过压缩机向第一导孔和第二导孔中的二者之一输送高压流体，并通过第一导孔和第二导孔中的二者之另一输送透过试样的高压流体，从而实现对试样施加渗透压的目的，进而能够实现在实验中模拟试样在地质环境中受到的高渗透压的目的。此外，本发明提供的多场耦合动态加载装置通过发射器对试样施加入射应力波，即通过发射器对试样施加动态荷载，入射应力波经入射杆后传播至试样，部分入射应力波经试样反射后形成反射应力波再次传播至入射杆，部分入射应力波到达试样后会透过试样形成透射应力波在透射杆上传播，从而模拟试样在地质环境中受到的动态荷载。而本实施例提供的多场耦合动态加载装置将入射杆的第一部分和第二部分做成一体的结构，这样有利于入射应力波和反射应力波在入射杆上的传播，从而提高实验数据的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例公开的多场耦合动态加载装置的结构示意图；
图2是本发明实施例公开的多场耦合动态加载装置的局部工作原理图；
图3是本发明实施例公开的多场耦合动态加载装置的入射杆与试样的接触面的结构示意图；
图4是本发明实施例公开的多场耦合动态加载装置的透射杆与试样的接触面的结构示意图；
图5是本发明实施例公开的多场耦合动态加载装置的实验方法的流程图。
主要附图标记说明：100、多场耦合动态加载装置；11、围压缸；111、第一侧板；112、缸体；113、第二侧板；11a、液体入口；11b、液体出口；12、入射杆；121、第一部分；122、第二部分；123、第一导孔；123a、第一长导孔；123b、第一短导孔；13、透射杆；131、第三部分；132、第四部分；133、第二导孔；133a、第二长导孔；133b、第二短导孔；14、轴压杆；15、压缩机；16、发射器；161、发射部件；162、冲击杆；17、质量块；17a、入射法兰；18、波形整型器；19、第一应变片；20、第一桥盒；21、动态应变仪；22、示波器；23、第二应变片；24、第二桥盒；25、第一导槽；26、第一密封法兰；27、第二导槽；28、第二密封法兰；29、液压器；30、温度加热器；30a、电热材料；31、工作平台；32、滑轨；33、第三侧板；34、第四侧板；35、拉杆；200、试样。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动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。
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
下面将结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步的说明。
请一并参阅图1和图2，本申请公开了一种多场耦合动态加载装置，该多场耦合动态加载装置100能够模拟试样200(如混凝土、岩石等)在地质环境中受到的高地应力、高渗透压和动态荷载，从而实现对试样200进行更加精准的动力学性能实验。具体地，该多场耦合动态加载装置100包括围压缸11、入射杆12、透射杆13、轴压杆14、压缩机15和发射器16。其中，围压缸11用于充注液体，例如围压缸11可用于充注液压油、润滑油、机油或者水等，从而实现对试样200施加围压的目的。入射杆12与围压缸11连接，入射杆12包括一体形成的第一部分121和第二部分122，第二部分122上设有第一导孔123。透射杆13与围压缸11连接，且透射杆13和入射杆12相对设置，透射杆13包括第三部分131和第四部分132，第三部分131上设有第二导孔133，入射杆12的第二部分122与透射杆13的第三部分131相邻设置且试样200夹持于第二部分122和第三部分131之间。当试样200夹持于第二部分122和第三部分131之间时，第一导孔123和第二导孔133相对设置且第一导孔123和第二导孔133均与试样200连接。轴压杆14连接于透射杆13背离入射杆12的一端，即轴压杆14连接于透射杆13的第四部分132，轴压杆14用于对试样200施加轴压。压缩机15连接于第一导孔123和/或第二导孔133，即压缩机15可连接于第一导孔123或者第二导孔133，或者压缩机15可同时连接第一导孔123和第二导孔133，从而实现对试样200施加渗透压的目的。举例来说，假设压缩机15连接于第一导孔123，此时压缩机15能够通过第一导孔123向试样200输送高压流体，从而实现对试样200施加渗透压的目的，而第二导孔133则用于输送透过试样200的高压流体。其中，第二导孔133可不与压缩机15连接或者与压缩机15连接。当第二导孔133不与压缩机15连接，第二导孔133暴露于空气中，这样第二导孔133处的压力为大气压，有利于渗透过试样200的高压流体的流动；当第二导孔133也与压缩机15连接时，压缩机15能够用于回收渗透过试样200的高压流体。发射器16设置于入射杆12背离透射杆13的一端，该发射器16用于对试样200施加入射应力波，即发射器16用于对试样200施加动态荷载。
值得注意的是，前述的高压流体可为高压液体或高压气体。当高压流体为高压液体时，该液体可为液压油、润滑油、机油或者水等；当高压流体为高压气体时，该气体可为瓦斯或氢气等。具体可根据试样200所处的地质环境确定，本实施例不做具体限定。
本实施例提供的多场耦合动态加载装置100通过设置围压缸11和轴压杆14，从而实现对试样200施加轴压和围压的目的，进而能够实现在实验中模拟试样200在地质环境中受到的高地应力的目的。本实施例提供的多场耦合动态加载装置100还通过在入射杆12的第二部分122上设置第一导孔123，以及在透射杆13的第三部分131上设置第二导孔133，然后通过压缩机15向第一导孔123和第二导孔133中的二者之一输送高压流体，并通过第一导孔123和第二导孔133中的二者之另一输送透过试样200的高压流体，从而实现对试样200施加渗透压的目的，进而能够实现在实验中模拟试样200在地质环境中受到的高渗透压的目的。此外，本实施例提供的多场耦合动态加载装置100还通过设置发射器16，发射器16用于对试样200施加入射应力波，即发射器16用于对试样200施加动态荷载，入射应力波经入射杆12后传播至试样200，部分入射应力波经试样200反射后形成反射应力波再次传播至入射杆12，部分入射应力波到达试样200后会透过试样200形成透射应力波在透射杆13上传播，从而模拟试样200在地质环境中受到的动态荷载。具体地，发射器16包括发射部件161和冲击杆162，发射部件161内的可控高压气体能够推动冲击杆162撞击入射杆12，从而实现对试样200施加动态荷载的目的。
可以理解的是，本实施例提供的多场耦合动态加载装置100将入射杆12的第一部分121和第二部分122做成一体的结构，即入射杆12是由一根一体形成的杆做成的。这样有利于入射应力波和反射应力波在入射杆12上的传播，从而有利于提高实验数据的准确性。如果将入射杆12的第一部分121和第二部分122分体设置，那么，当入射应力波和反射应力波传播至第一部分121和第二部分122的连接处时，由于第一部分121和第二部分122的连接处存在缝隙，入射应力波和反射应力波在此处的传播存在一定的阻碍，会影响入射应力波和反射应力波的传播和测量，从而影响实验数据的准确性。
由于冲击杆162撞击入射杆12后会在冲击杆162与入射杆12的接触端产生入射应力波，随后入射应力波经入射杆12传播至试样200，在入射杆12与试样200的接触端，入射应力波会被反射为反射拉伸波，即前述的反射应力波，反射应力波经入射杆12的传播至冲击杆162与入射杆12的接触端时又会转化为压缩波，会对试样200造成二次加载，导致反映的试样200的受载情况与应力应变曲线反映不一致的情况。因此，一些实施例中，在入射杆12上设有质量块17和入射法兰17a，入射法兰17a与质量块17相邻设置。当反射应力波到达入射法兰17a时，由于质量块17的限制，不会再对试样200进行二次加载。具体地，该质量块17又称动能吸收器，质量块17能够吸收大部分的入射应力波经试样200后形成的反射应力波，从而实现单脉冲加载，即实现仅对试样200施加一次动态荷载的目的，有利于提高试样200的动态加载实验准确度。
一些实施例中，在入射杆12背离透射杆13的一端的端面上设有一个或多个波形整型器18，即在冲击杆162撞击入射杆12时，冲击杆162与入射杆12的接触面上设置有波形整型器18。具体地，该波形整型器18设于该接触面的中心位置，在冲击杆162撞击入射杆12时，入射杆12先撞击到波形整型器18上，在波形整型器18发生变形时，波形整型器18能够将冲击杆162对波形整型器18施加的加载应力平缓的传播至入射杆12，从而模拟试样200在地质环境中受到的动态荷载。
可选地，波形整型器18可选取塑性较好的材料，如橡胶或铜片等材料，这样波形整型器18的塑性能够用来改变入射应力波的波形，从而使得入射应力波能够更加平缓的上升，从而实现试样200在加载的过程中变形均匀和应力平衡的目的。
一些实施例中，入射杆12、试样200和透射杆13均为圆柱体，且入射杆12、试样200和透射杆13沿竖直方向Z上的截面的圆心位于同一水平线上，从而有利于入射应力波和反射应力波在入射杆12上的传播，以及透过试样200的入射应力波(以下简称透射应力波)在透射杆13上的传播。
在实验过程中，通过调节发射部件161内的可控高压气体的压强和冲击杆162的材料对试样200施加不同的动态荷载，有利于在不同的动态荷载情况下对试样200进行实验，从而获得试样200在不同的动态荷载情况下的动力学性能。然而，为获取发射部件161和冲击杆162对试样200施加的应力，从而准确的获取试样200的动力学性能，一些实施例中，入射杆12上设有第一应变片19，该第一应变片19用于检测发射器16对试样200发射的入射应力波以及入射应力波经试样200后的反射应力波在入射杆12上传播时入射杆12的应变，也即第一应变片19用于检测冲击杆162撞击入射杆12后在冲击杆162与入射杆12的接触端产生的入射应力波在入射杆12上传播时入射杆12的应变，以及入射应力波经入射杆12传播至试样200后经试样200反射形成的反射应力波在入射杆12上传播时入射杆12的应变。以便于实验人员根据第一应变片19检测到的入射应力波在入射杆12上传播时入射杆12的应变和反射应力波在入射杆12上传播时入射杆12的应变计算获取发射部件161和冲击杆162对试样200施加的应力。
进一步地，多场耦合动态加载装置100还包括第一桥盒20、动态应变仪21和示波器22，第一应变片19与第一桥盒20电连接，第一桥盒20与动态应变仪21电连接，动态应变仪21再与示波器22电连接。其中，第一桥盒20可为惠斯通电桥，该第一桥盒20用于将第一应变片19采集到的应变信号转化为第一电信号，然后将第一电信号输送至动态应变仪21。动态应变仪21用于放大和过滤接收到的第一电信号，并将放大过滤后的第一电信号输送至示波器22。示波器22用于显示经过动态应变仪21放大和过滤后的第一电信号，以使得实验人员能够根据示波器22显示的数据直观的获取入射应力波和反射应力波在入射杆12上传播时入射杆12的应变。
具体地，采用本实施例提供的多场耦合动态加载装置100检测得到的试样200受到的应力可通过以下公式计算得到：
Figure BDA0003639242320000091
其中，σ(t)为试样200受到的应力，A1为入射杆12沿竖直方向Z的截面面积，E1为入射杆12的弹性模量，A0为试样200沿竖直方向Z的截面面积，εi(t)为入射应力波在入射杆12上传播时入射杆12的应变，εr(t)为反射应力波在入射杆12上传播时入射杆12的应变。
一些实施例中，透射杆13上设有第二应变片23，该第二应变片23用于检测入射应力波透过试样200后的透射应力波在透射杆13上传播时透射杆13的应变。以便于实验人员根据第二应变片23检测到的透射应力波在透射杆13上传播时透射杆13的应变计算获取发射部件161和冲击杆162对试样200施加的应力。
进一步地，多场耦合动态加载装置100还包括第二桥盒24，第二桥盒24分别第二应变片23和动态应变仪21电连接。其中，第二桥盒24可为惠斯通电桥，该第二桥盒24用于将第二应变片23采集到的应变信号转化为第二电信号，然后将第二电信号输送至动态应变仪21。动态应变仪21还用于对接收到的第二电信号进行放大和过滤，并将放大过滤后的第二电信号输送至示波器22。示波器22还用于显示经过动态应变仪21放大和过滤后的第二电信号，以使得实验人员能够根据示波器22显示的数据直观的获取透射应力波在透射杆13上传播时透射杆13的应变。
具体地，采用本实施例提供的多场耦合动态加载装置100检测得到的试样200受到的应力还可通过以下公式计算得到：
Figure BDA0003639242320000092
其中，σ(t)为试样200受到的应力，A2为透射杆13沿竖直方向Z的截面面积，E2为透射杆13的弹性模量，A0为试样200沿竖直方向Z的截面面积，εt(t)为透射应力波在透射杆13上传播时透射杆13的应变。
可以理解的是，采用本申请提供的多场耦合动态加载装置100对试样200进行动力学性能实验，能够使得试样200两端受到的作用力大小相等，即入射杆12对试样200施加的作用力与透射杆13对试样200施加的作用力相等，因此，实验人员可以忽略多场耦合动态加载装置100中的惯性效应，从而根据上述两个公式均可计算得到试样200受到的应力。此外，采用上述两个公式计算试样200受到的应力，有利于校准实验误差。也即是说，实验人员可根据上述两个公式分别计算试样200受到的应力，然后两个计算结果的平均值作为试样200受到的应力，有利于降低实验误差。
具体地，本申请提供的多场耦合动态加载装置100采用脉冲整形技术，即在入射杆12主体背离透射杆13的一端设置一个或多个波形整型器18，能够使得试样200两端受到的作用力大小相等，这样当试样200两端受到的力平衡时，εi(t)+εr(t)＝εt(t)。这样可以克服相关技术中的多场耦合动态加载装置100的入射杆12和透射杆13对试样200施加的力不相等，导致轴向惯性效应问题。
值得注意的是，入射杆12和透射杆13的组成材质相同，这样入射应力波和反射应力波在入射杆12上传播时受到的阻碍与透射应力波在透射杆13上传播时受到的阻碍相同，即入射应力波和反射应力波在入射杆12上的传播效果与透射应力波在透射杆13上的传播效果相同，从而有利于提高多场耦合动态加载装置100检测得到的试样200受到的应力的准确性。
由前述可知，入射杆12和透射杆13的组成材质相同。因此，入射杆12的弹性模量等于透射杆13的弹性模量，即E1＝E2。
由于试样200夹持于入射杆12和透射杆13之间前，试样200外会包覆热缩管，然后再将热缩管的两端分别套设在入射杆12上，最后将试样200夹持于入射杆12和透射杆13之间。在试样200外包覆热缩管能够防止围压缸11内的液体渗入试样200内，从而影响试样200的动力学性能实验结果，为保证热缩管的两端能够紧密连接于入射杆12和透射杆13，一些实施例中，入射杆12和透射杆13沿竖直方向Z上的截面的截面大小和截面形状相同，即A1＝A2从而有利于实验人员根据入射杆12和透射杆13沿竖直方向Z上的截面的截面大小选择热缩管，进而保证试样200具有良好的密封性。
一些实施例中，入射杆12的第二部分122上的第一导孔123可为圆形导孔、方形导孔或三角形导孔。具体可根据实际情况确定，本实施例不做具体限定。
由于入射应力波和反射应力波的传播是通过入射杆12上的物质点之间的相互作用来传播的，如果第一导孔123的孔径越大，那么入射杆12的第一部分121和第二部分122的波阻抗相差就会越大，则对入射应力波和反射应力波在入射杆12上传播的影响越大，不利于提高实验数据的准确性。因此，当第一导孔123为圆形导孔时，第一导孔123的孔径小于或等于1mm，例如第一导孔123的孔径可为1mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm或0.5mm等。当第一导孔123的孔径满足前述要求时，有利于入射应力波和反射应力波在入射杆12上的传播，进而有利于提高实验数据的准确性。
当然，第一导孔123的孔径也可为入射杆12沿竖直方向Z的截面的直径的1％～2％。这样既能够保证第一导孔123的孔径处于较小的范围内，从而有利于入射应力波和反射应力波在入射杆12上的传播，进而有利于提高实验数据的准确性，还能够防止第一导孔123的孔径过小造成在入射杆12上形成第一导孔123的难度大和多场耦合动态加载装置100的成本高的问题。
进一步地，第一导孔123为L型导孔。具体地，第一导孔123包括第一长导孔123a和与第一长导孔123a的连接的第一短导孔123b。其中，第一长导孔123a的一端与第一短导孔123b连接，第一长导孔123a的另一端与试样200连接，第一长导孔123a平行于入射杆12的长度方向设置。第一短导孔123b的一端与第一长导孔123a连接，第一短导孔123b的另一端与压缩机15连接，第一短导孔123b垂直于入射杆12的长度方向设置。当第一短导孔123b与压缩机15的出口连接时，第一导孔123用于向试样200输送高压流体；当第一短导孔123b与压缩机15的入口连接时，第一导孔123用于回收渗透过试样200的高压流体。
一些实施例中，第一长导孔123a背离第一长导孔123a和第一短导孔123b的连接处的一端设置有多个与第一长导孔123a连通的第一导槽25，即第一长导孔123a与试样200连接的一端设置有多个与第一长导孔123a连通的第一导槽25。具体地，该第一导槽25设置于入射杆12与试样200的接触面处(具体可参阅图3)。设置多个第一导槽25不仅可以有效地分散第一导孔123的高压流体的压力，还能够增大高压流体渗透入试样200的面积或者能够增大回收渗透过试样200的高压流体的面积，从而有利于均匀地对试样200施加渗透压，进而更加真实的模拟试样200在地质环境中受到的渗透压。
进一步地，第一导槽25的深度为入射杆12沿竖直方向Z的截面的直径的1％～2％，第一导槽25的宽度为第一导孔123的孔径的0.5～1倍。当第一导槽25的深度和宽度满足前述要求时，第一导槽25的设置合理，既能够保证第一导槽25能够分散高压流体的压力，实现均匀对试样200施加渗透压的目的，或者保证第一导槽25能够回收渗透过试样200的高压流体，还能够避免第一导槽25的深度或宽度过大而影响入射应力波和反射应力波的传播，进而影响试样200的动力学性能实验的准确性。
可选地，第一导槽25的数量可为一条、两条、三条、四条或者更多条，本实施例不做具体限定，但是在设置第一导槽25的入射杆12处做沿竖直方向Z的截面，该截面上的第一导槽25的面积不得超过入射杆12沿竖直方向Z的截面的面积的5％，避免在入射杆12上设置的第一导槽25数量过多而对入射应力波和反射应力波的传播造成影响，从而影响试样200的动力学性能实验的准确性。
一些实施例中，多场耦合动态加载装置100还包括第一密封法兰26，该第一密封法兰26可设置于第一长导孔123a和第一短导孔123b的连接处，该第一密封法兰26用于调节渗透过试样200的高压流体的压力，从而实现调节多场耦合动态加载装置100对试样200施加的渗透压的大小的目的。
可选地，第一密封法兰26可为整体法兰、螺纹法兰、对焊法兰、带颈平焊法兰、带颈承插焊法兰、对焊环带颈松套法兰或板式平焊法兰等，具体可根据实际情况确定。
一些实施例中，透射杆13的第三部分131和第四部分132为一体成型。即透射杆13是由一根一体形成的杆做成的。这样有利于波的传播，也即入射应力波会透过试样200在透射杆13上传播，即前述的透射应力波会在透射杆13上传播，将第三部分131和第四部分132一体成型有利于透射应力波在透射杆13上的传播，从而有利于提高实验数据的准确性。如果将透射杆13的第三部分131和第四部分132分体设置，那么，当透射应力波传播至第三部分131和第四部分132的连接处时，由于第三部分131和第四部分132的连接处存在有缝隙，透射应力波在此处的传播存在一定的阻碍，会影响透射应力波的传播和测量，从而影响实验数据的准确性。
由于第一部分121和第二部分122是一体成型的，第一应变片19检测到的入射应力波和反射应力波准确，通过入射应力波和反射应力波已可以准确得到试样200受到的应力。因此，为节约成本和方便透射杆13的加工，在一些实施例中，也可将透射杆13的第三部分131和第四部分132分体设置。
一些实施例中，透射杆13的第三部分131上的第二导孔133可为圆形导孔、方形导孔或三角形导孔。具体可根据实际情况确定，本实施例不做具体限定。
由于透射应力波的传播是通过透射杆13上的物质点之间的相互作用来传播的，如果第二导孔133的孔径越大，那么透射杆13的第三部分131和第四部分132的波阻抗相差就会越大，则对透射应力波在透射杆13上传播的影响越大，不利于提高实验数据的准确性。因此，当第二导孔133为圆形导孔时，第二导孔133的孔径小于或等于1mm，例如第二导孔133的孔径可为1mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm或0.5mm等。当第二导孔133的孔径满足前述要求时，有利于透射应力波在透射杆13上的传播，进而有利于提高实验数据的准确性。
当然，第二导孔133的孔径也可为透射杆13沿竖直方向Z的截面的直径的1％～2％。这样既能够保证第二导孔133的孔径处于较小的范围内，从而有利于透射应力波在透射杆13上的传播，进而有利于提高实验数据的准确性，还能够防止第二导孔133的孔径过小造成在透射杆13上形成第二导孔133的难度大和多场耦合动态加载装置100的成本高的问题。
进一步地，第二导孔133为L型导孔。具体地，第二导孔133包括第二长导孔133a和与第二长导孔133a的连接的第二短导孔133b。其中，第二长导孔133a的一端与第二短导孔133b连接，第二长导孔133a的另一端与试样200连接，第二长导孔133a平行于透射杆13的长度方向设置。第二短导孔133b的一端与第二长导孔133a连接，第二短导孔133b的另一端与压缩机15连接，第二短导孔133b垂直于透射杆13的长度方向设置。当第二短导孔133b与压缩机15的出口连接时，第二导孔133用于向试样200输送高压流体；当第二短导孔133b与压缩机15的入口连接时，第二导孔133用于回收渗透过试样200的高压流体。
一些实施例中，第二长导孔133a背离第二长导孔133a和第二短导孔133b的连接处的一端设置有多个与第二长导孔133a连通的第二导槽27，即第二长导孔133a与试样200连接的一端设置有多个与第二长导孔133a连通的第二导槽27。具体地，该第二导槽27设置于透射杆13与试样200的接触面处(具体可参阅图4)。设置多个第二导槽27不仅可以有效地分散第二导孔133的高压流体的压力，还能够增大高压流体渗透入试样200的面积或者能够增大回收渗透过试样200的高压流体地面积，从而有利于均匀的对试样200施加渗透压，进而更加真实的模拟试样200在地质环境中受到的渗透压。
进一步地，第二导槽27的深度为透射杆13沿竖直方向Z的截面的直径的1％～2％，第二导槽27的宽度为第二导孔133的孔径的0.5～1倍。当第二导槽27的深度和宽度满足前述要求时，第二导槽27的设置合理，既能够保证第二导槽27能够分散高压流体的压力，实现均匀对试样200施加渗透压的目的，或者保证第二导槽27能够回收渗透过试样200的高压流体，还能够避免第二导槽27的深度或宽度过大而影响透射应力波的传播，进而影响试样200的动力学性能实验的准确性。
可选地，第二导槽27的数量可为一条、两条、三条、四条或者更多条，本实施例不做具体限定，但是在设置第二导槽27的透射杆13处做沿竖直方向Z的截面，该截面上的第二导槽27的面积不得超过透射杆13沿竖直方向Z的截面的面积的5％，避免在透射杆13上设置的第二导槽27数量过多而对透射应力波的传播造成影响，从而影响试样200的动力学性能实验的准确性。
一些实施例中，多场耦合动态加载装置100还包括第二密封法兰28，该第二密封法兰28可设置于第二长导孔133a和第二短导孔133b的连接处，该第二密封法兰28用于调节渗透过试样200的高压流体的压力，从而实现调节多场耦合动态加载装置100对试样200施加的渗透压的大小的目的。
可选地，第二密封法兰28可为整体法兰、螺纹法兰、对焊法兰、带颈平焊法兰、带颈承插焊法兰、对焊环带颈松套法兰或板式平焊法兰等，具体可根据实际情况确定。
一些实施例中，动态加载试样200装置还包括液压器29，该液压器29分别与围压缸11和轴压杆14连接，以向围压缸11和轴压杆14输送液体，从而实现围压缸11对试样200施加围压和轴压杆14对试样200施加轴压的目的。
具体地，轴压杆14上设有容纳液体的密封腔体，液压器29可通过液压器29与轴压杆14之间的连接管道向轴压杆14的密封腔体内输送液压油、润滑油、机油或者水等。
由于试样200设置于围压缸11内，为方便将试样200组装于多场耦合动态加载装置100上或者方便试样200从多场耦合动态加载装置100上拆卸下来。一些实施例中，围压缸11包括第一侧板111、缸体112和第二侧板113。可以理解的是，入射杆12部分穿过第一侧板111与围压缸11连接，透射杆13部分穿过第二侧板113与围压缸11连接。具体地，缸体112固定连接于第一侧板111和第二侧板113中的二者之一上，且缸体112可活动连接于第一侧板111和第二侧板113中的二者之另一上。举例来说，当缸体112固定连接于第一侧板111上时，缸体112可活动连接于第二侧板113；当缸体112固定连接于第二侧板113上时，缸体112可活动连接于第一侧板111上。以缸体112固定连接于第二侧板113上，且缸体112可活动连接于第一侧板111上为例，在进行动力学性能实验前，需将试样200夹持于入射杆12和透射杆13之间，此时可以将缸体112从第一侧板111上拆解下来，使得围压缸11内的入射杆12和透射杆13显露出来，方便实验人员将试样200夹持于入射杆12和透射杆13之间。随后，实验人员再将缸体112组装于第一侧板111上，使得第一侧板111、缸体112和第二侧板113围合形成一个密闭空间，以便于对试样200施加围压。最后，实验结束后，实验人员可再次将缸体112从第一侧板111上拆解下来，从而将试样200回收。
进一步地，为使围压缸11内充满液体，从而实现对试样200施加围压的目的，围压缸11设有液体入口11a和液体出口11b，且沿竖直方向Z上，液体入口11a的位置低于液体出口11b的位置，或者液体出口11b设置于围压缸11的顶部，以此保证围压缸11内能够充满液体。其中，液体入口11a与液压器29通过管道连接，液压器29还能够向围压缸11输送液体，当液体出口11b有液体流出时，说明围压缸11内已充满液体。此时将液体出口11b封堵住，防止液体从液体出口11b流出围压缸11。随后，液压器29能够对围压缸11继续输送一定体积的液体，使得围压缸11内的液体对试样200施加的围压大小满足实验要求。
可选地，液体入口11a和液体出口11b的可设置于第一侧板111、缸体112或第二侧板113上，具体可根据实际情况确定，本实施例不做具体限定。
值得注意的是，在试样200与多场耦合动态加载装置100的入射杆12和透射杆13的接触面处会涂抹真空脂(即真空润滑脂，由精炼合成油作为基础油稠无机稠化剂，并加有结构稳定剂、防腐蚀添加剂精制而成)作为耦合剂，以此保证试样200与入射杆12和透射杆13的充分接触。当多场耦合动态加载装置100提供的围压大于轴压时，可能会导致围压缸内的液体渗入接触面，从而抵消了多场耦合动态加载装置100提供的轴压，进而使试样200与入射杆12和透射杆13分离，进而导致试样200掉落。因此，为避免前述情况，一些实施例中，多场耦合动态加载装置100提供的轴压大小在整个试验过程中都大于或等于围压大小，即多场耦合动态加载装置100满足以下关系式子：
Px≥Py
其中，Px为多场耦合动态加载装置100对试样200施加的轴压大小，Py为多场耦合动态加载装置100对试样200施加的围压大小。当多场耦合动态加载装置100满足以上关系式时，能够使得试样200与入射杆12和透射杆13之间连接紧密，不易从入射杆12或透射杆13上脱落。
进一步地，入射杆12或透射杆13作用在试样200上的作用力为：
F＝(Px-Py)Ab
其中，Ab为入射杆12或透射杆13沿竖直方向Z的横截面面积，由前述可知吗入射杆12和透射杆13沿竖直方向Z的横截面面积相等，也即Ab＝A1＝A2。
根据力的平衡原则，试样200两端连接的入射杆12和透射杆13对试样200的作用力大小相等，且试样200是通过试样200与入射杆12和透射杆13之间的摩檫力夹持在入射杆12和透射杆13之间的。因此，为保证试样200与入射杆12和透射杆13之间的连接稳定性，一些实施例中，多场耦合动态加载装置100需满足以下关系式：
2μF≥mg
其中，μ为涂抹真空脂后的试样200与入射杆12和透射杆13之间的摩擦系数，F为入射杆12或透射杆13作用在试样200上的作用力，m为试样200的质量，g为比例系数，取9.8N/kg。当多场耦合动态加载装置100满足以上关系式时，试样200与入射杆12和透射杆13之间的连接稳定性佳，试样200不易与入射杆12和透射杆13分离。
进一步地，联立前述两个关系式可知，多场耦合动态加载装置100对试样200施加的轴压和围压的差值满足以下关系式：
Figure BDA0003639242320000161
更进一步地，以涂抹真空脂的试样200与入射杆12和透射杆13之间的摩擦系数μ为0.02(可以理解的是，此数值为试样200在有润滑情况下常见的最低静摩擦系数，取此值较为保守和安全)，试样200的质量为50g，入射杆12和透射杆13沿竖直方向Z的截面积为1.96×10-3m2为例，经计算，多场耦合动态加载装置100对试样200施加的轴压需比围压大6.25kPa及以上。
一些实施例中，为准确测量围压缸11内的参数信息，如测量围压缸11内的液体对试样200施加的围压大小、围压缸11内的液体的温度等，多场耦合动态加载装置100的围压缸11内还设置有传感器，且围压缸11的内壁设有电子元件接口，该电子元件接口用于传输传感器所检测到的参数信息。也即，传感器检测到围压缸11内的围压大小和液体温度等参数信息时，能够通过电子元件接口输送至围压缸11外的显示器，从而实验人员可根据显示器显示的检测信息获取围压缸11内的相关数据。
可选地，该电子元件接口可设置于第一侧板111、缸体112或第二侧板113的内壁上，具体可根据实际情况确定。
由于试样200在地质环境中还可能受到高温的作用，因此，在对试样200进行动力学性能实验时，为更加准确的获取试样200在地质环境中的动力学性能。一些实施例中，多场耦合动态加载装置100还包括温度加热器30，该温度加热器30用于对试样200进行加热，从而模拟试样200在地质环境中所处的高温环境，进而提高试样200的动力学性能实验数据的准确性。
具体地，温度加热器30可直接对试样200进行加热，也可以通过加热围压缸11内的液体，从而实现对试样200进行加热的目的。即当对试样200直接进行加热时，可直接在试样200的外周包覆一层电热材料30a，且该电热材料30a与温度加热器30连接，温度加热器通过加热电热材料30a，从而实现电热材料30a对试样200进行加热的目的。当采用围压缸11内的液体对试样200进行加热时，可在围压缸11的外周包覆一层电热材料30a，且该电热材料30a与温度加热器30连接，温度加热器30通过加热电热材料30a，从而电热材料30a对围压缸11内的液体进行加热，进而实现围压缸11内的液体对试样200进行加热的目的。
可选地，电热材料30a可为镍铬合金、铁铝系合金、铂、铝铂、铜铂、铂铱合金等，具体可根据实际情况选择。
一些实施例中，多场耦合动态加载装置100还包括工作平台31，入射杆12、围压缸11、透射杆13、压缩机15和发射器16等均设置于工作平台31上。具体地，围压缸11的第一侧板111和第二侧板113中的二者之一固定设置于工作平台31上，围压缸11的第一侧板111和第二侧板113中的二者之一活动设置于工作平台31上。即当围压缸11的第一侧板111固定设置于工作平台31上时，围压缸11的第二侧板113活动设置于工作平台31上；当围压缸11的第二侧板113固定设置于工作平台31上时，围压缸11的第一侧板111活动设置于工作平台31上。这样设置是为了方便拆解围压缸11，从而方便实验人员将试样200组装于动态冲剪实验装置上或者方便实验人员将试样200从动态冲剪实验装置上拆卸下来。
以下将以第一侧板111固定设置于工作平台31上，第二侧板113活动设置于工作平台31上，且围压缸11的缸体112固定连接于第二侧板113为例进行阐述。
具体地，工作平台31上设有滑轨32，第二侧板113可相对滑轨32滑动，以使得第二侧板113可相对工作平台31滑动，从而改变缸体112与第一侧板111之间的相对位置。也即，实验人员可通过滑动第二侧板113使得缸体112与第一侧板111分离，或使缸体112与第一侧板111连接形成密闭的空间。
此外，透射杆13固定连接于第二侧板113上，因此，第二侧板113在相对工作平台31滑动的过程中，透射杆13也会相对工作平台31滑动。也即是说，通过第二侧板113能够带动透射杆13相对工作平台31滑动，从而改变入射杆12与透射杆13之间的间距，以便于将试样200夹持于入射杆12和透射杆13之间或者将试样200从动态冲剪实验装置上拆卸下来。
一些实施例中，工作平台31上还设置有第三侧板33，第三侧板33用于支撑和固定入射杆12，以使得入射杆12固定于第一侧板111和第三侧板33之间，防止发射器16冲击入射杆12时，入射杆12与围压缸11发生相对位移而使得围压缸11内的液体从入射杆12与第一侧板111之间的孔隙处泄露，从而影响围压缸11对试样200施加的围压的稳定性。
进一步地，工作平台31上还设置有第四侧板34，第四侧板34用于支撑和固定轴压杆14，以使得入射杆12、透射杆13和轴压杆14沿竖直方向Z的截面的圆心位于同一水平线上，从而实现对试样200施加轴压的目的。
由于发射器16在对试样200进行冲击的过程中，第三侧板33和第四侧板34也会受到极大的冲击力。因此，为保证多场耦合动态加载装置100的结构强度，一些实施例中，第三侧板33和第四侧板34之间连接有拉杆35，拉杆35能够传递第三侧板33和第四侧板34受到的冲击力，有利于提高多场耦合动态加载装置100的结构强度，防止发射器16在冲击试样200的过程中，第三侧板33和第四侧板34受到的冲击力过大而损坏。
请参阅图1和图5，本申请实施例还提供了一种多场耦合动态加载装置100的实验方法，该多场耦合动态加载装置100为前述的多场耦合动态加载装置100，具体地，该实验方法包括：
步骤201：组装多场耦合动态加载装置。
即将发射器16、入射杆12、透射杆13、围压缸11、轴压杆14、质量块17等安装于相应的位置，以便于实验的进行。
步骤202：调节入射法兰17a与质量块17之间的距离。
通过合理地调节入射法兰17a与质量块17之间的距离，使得质量块17能够吸收大部分的入射应力波经试样200反射后形成的反射应力波，从而实现单脉冲加载的实验目的，即实现仅对试样200施加一次动态荷载的目的，有利于提高试样200的动态加载实验准确度。
步骤203：制作试样。
具体地，试样200可为混凝土或岩石等材料，本实施例以试样200为岩石材料为例阐述如何制作试样200。首先，将岩石材料加工成圆盘。然后在圆盘上沿相同方向钻出标称直径的岩芯，即在圆盘上沿相同的方向钻出与入射杆12和透射杆13沿竖直方向Z上的截面的直径相同的岩芯。接着，将岩芯切成多块薄圆盘。最后，根据国际岩石力学学会建议的方法，对薄圆盘的端面进行抛光，以使得薄圆盘得表面粗糙度小于或等于0.5％，以及使得薄圆盘在整个厚度上的直线度达到±0.02mm。
步骤204：将试样夹持于第二部分和第三部分之间。
具体地，先在第二部分122和第三部分131上的靠经试样200的位置分别套设密封圈；然后在试样200的外周面(即未与入射杆12和透射接触的表面)涂抹硅胶；接着在试样200的外周面上套设热缩管，且热缩管的长度大于试样200的厚度(厚度即为试样200安装于多场耦合动态加载装置100时，试样200在水平方向X上的长度)；紧接着再将热缩管的两端分别套设于入射杆12和透射杆13上，且入射杆12和透射杆13上的密封圈均被套设于热缩管内；接着再将液压器29与轴压杆14连接并启动液压器29，以对试样200施加一定的轴压，使得试样200夹持于入射杆12和透射杆13之间。最后用热风枪均匀地加热热缩管，使得热缩管更加紧密贴合于试样200上，有利于减少试样200与入射杆12和透射杆13之间的摩擦力，能够保证多场耦合动态加载装置100的实验准确性，从而减少实验误差。此外，采用该方式将试样200夹持于入射杆12和透射杆13之间，能够将试样200和围压缸11内的液体隔离开，防止围压缸11内的液体渗入试样200内而影响实验效果。
步骤205：向试样施加围压和轴压。
首先将第一侧板111、缸体112和第二侧板113固定连接形成密封的围压缸11，然后将液压器29连接与围压缸11的液体入口11a，最后再次启动液压器29，以向围压缸11和轴压杆14内充注液体，如向围压缸11和轴压杆14充注一定量的液压油、润滑油、机油或者水等，以实现对试样200施加围压和轴压的实验目的。
步骤206：开启温度加热器，以对试样进行加热。
即开启温度加热器30，对试样200或者围压缸11内的液体进行加热，从而实现将试样200加热至预设温度的目的。
步骤207：启动压缩机，以向试样施加渗透压。
具体地，通过调节第一密封法兰26和第二密封法兰28于合适的位置，即通过调节第一密封法兰26和第二密封法兰28，从而调节渗透过试样200的高压流体的压力，进而实现调节多场耦合动态加载装置100对试样200施加的渗透压的大小为预设的大小。接着，启动压缩机15，以向试样200施加渗透压。
具体地，以高压流体通过第一导孔123输送至试样200处，接着渗透过试样200的高压流体再通过第二导孔133输送回压缩机，从而实现对试样200施加渗透压的方式为例，当实验目标数据是对试样200施加1MPa的渗透压时，可通过调节第一密封法兰26和第二密封法兰28，然后启动压缩机15，使得第一导孔123内的高压流体的压力对试样200施加的渗透压的大小为1MPa，当第二导孔133内的高压流体的流量稳定在一定数值时，说明多场耦合动态加载装置100能够稳定地对试样200施加大小为1MPa的渗透压。当实验目标数据更改为对试样200施加2MPa的渗透压时，可再次调节第一密封法兰26和第二密封法兰28，然后启动压缩机15，使得第一导孔123内的高压流体的压力对试样200施加的渗透压的大小为2MPa，当第二导孔133内的高压流体的流量稳定在一定数值时，说明多场耦合动态加载装置100能够稳定地对试样200施加大小为2MPa的渗透压。
步骤208：启动发射器，以向试样施加入射应力波。
在冲击杆162撞击入射杆12的位置处设置波形整型器18，然后启动发射部件161，发射部件161内的可控高压气体推动冲击杆162撞击入射杆12，以实现对试样200施加动态荷载的目的。待实验数据稳定后，记录多场耦合动态加载装置100对试样200施加的轴压、围压、渗透压、温度和动态荷载。如需对试样200施加多次动态荷载，可重复进行此步骤，此处不再赘述。
步骤209：卸载渗透压、轴压和围压，并回收试样。
实验完成后，需先卸载渗透压，再卸载轴压和围压，不可先卸载轴压和围压再卸载渗透压，否则多场耦合动态加载装置100对试样200施加的渗透压会冲散试样200，导致试样200损坏的问题。
可选地，可先卸载轴压再卸载围压，也可先卸载围压再卸载轴压，还可同时卸载轴压和围压，本实施例不做具体限定。
最后，卸载完渗透压、轴压和围压后，打开围压缸11，拆除热缩管并回收试样200。
以上对本发明实施例公开的多场耦合动态加载装置及实验方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的多场耦合动态加载装置及实验方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多场耦合动态加载装置，其特征在于，所述多场耦合动态加载装置用于对试样进行动力学性能实验，所述多场耦合动态加载装置包括：
围压缸，所述围压缸用于充注液体，以对所述试样施加围压；
入射杆，所述入射杆与所述围压缸连接，所述入射杆包括一体形成的第一部分和第二部分，所述第二部分上设有第一导孔；
透射杆，所述透射杆与所述围压缸连接，且所述透射杆与所述入射杆相对设置，所述透射杆包括第三部分和第四部分，所述第三部分上设有第二导孔，所述试样夹持于所述第二部分和所述第三部分之间；
轴压杆，所述轴压杆连接于所述透射杆背离所述入射杆的一端，所述轴压杆用于对所述试样施加轴压；
压缩机，所述压缩机连接于所述第一导孔和/或所述第二导孔，所述压缩机用于向所述试样施加渗透压；以及
发射器，所述发射器设置于所述入射杆背离所述透射杆的一端，所述发射器用于对所述试样施加入射应力波。
2.根据权利要求1所述的多场耦合动态加载装置，其特征在于，所述多场耦合动态加载装置对所述试样施加的所述轴压和所述围压的差值满足以下关系式：
Figure FDA0003639242310000011
其中，Px为所述多场耦合动态加载装置对所述试样施加的所述轴压的大小，Py为所述多场耦合动态加载装置对所述试样施加的所述围压的大小，μ为所述试样与所述入射杆之间的摩擦系数，m为所述试样的质量，Ab为所述入射杆与所述试样的接触面积，g为比例系数，取9.8N/kg。
3.根据权利要求1所述的多场耦合动态加载装置，其特征在于，所述第一导孔和所述第二导孔的孔径小于或等于1mm。
4.根据权利要求1所述的多场耦合动态加载装置，其特征在于，所述第一导孔为包括第一长导孔和与所述第一长导孔连接的第一短导孔，所述第一长导孔背离所述第一长导孔和所述第一短导孔的连接处的一端设置有多个与所述第一长导孔连通的第一导槽；
所述第二导孔为包括第二长导孔和与所述第二长导孔连接的第二短导孔，所述第二长导孔背离所述第二长导孔和所述第二短导孔的连接处的一端设置有多个与所述第二长导孔连通的第二导槽。
5.根据权利要求1所述的多场耦合动态加载装置，其特征在于，所述透射杆的所述第三部分和所述第四部分为一体成型。
6.根据权利要求1-5任一项所述的多场耦合动态加载装置，其特征在于，所述入射杆上设有第一应变片，所述第一应变片用于检测所述发射器对所述试样施加的所述入射应力波以及所述入射应力波经所述试样反射后的反射应力波在所述入射杆上传播时所述入射杆的应变；
所述透射杆上设有第二应变片，所述第二应变片用于检测所述入射应力波透过所述试样后的透射应力波在所述透射杆上传播时所述透射杆的应变。
7.根据权利要求1-5任一项所述的多场耦合动态加载装置，其特征在于，所述围压缸包括第一侧板、缸体和第二侧板，所述缸体固定连接于所述第一侧板和所述第二侧板中的二者之一上，且所述缸体可活动连接于所述第一侧板和所述第二侧板中的二者之另一上。
8.根据权利要求7所述的多场耦合动态加载装置，其特征在于，所述围压缸内设有传感器，所述围压缸内壁设有电子元件接口，所述电子元件接口用于传输所述传感器的检测信息。
9.根据权利要求1-5任一项所述的多场耦合动态加载装置，其特征在于，所述多场耦合动态加载装置还包括温度加热器，所述温度加热器用于对所述试样进行加热。
10.一种多场耦合动态加载装置的实验方法，所述多场耦合动态加载装置为权利要求1-9中任一项所述的多场耦合动态加载装置，所述实验方法包括：
组装所述多场耦合动态加载装置；
将所述试样夹持于所述第二部分和所述第三部分之间；
向所述试样施加围压和轴压；
启动所述压缩机，以向所述试样施加渗透压；
启动所述发射器，以向所述试样施加入射应力波。
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