CN115615852B - 一种测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，用于解决由于现场围岩遭受破坏时裂纹扩展过程难以捕捉，难以测算出围岩遭受破坏时裂纹扩展的爆炸应力变化的问题；包括岩体模型、环形加载机构、工作台、爆破冲击模拟组件、竖向加载组件和拍摄组件，所述岩体模型用于模拟井下围岩；所述环形加载机构包括环形加载室和增压组件，所述岩体模型放置在所述环形加载室的环内，所述环形加载室的环形内壁采用弹性材料制成，所述岩体模型和所述环形内壁紧密贴合，所述增压组件和所述环形加载室固定连接，所述环形加载室中充有加压液，所述爆破冲击模拟组件固定安装在所述工作台上，所述岩体模型在所述拍摄组件的拍摄范围内。

Description

一种测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置
技术领域
本发明涉及爆破试验技术领域，尤其是涉及一种测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置。
背景技术
在工程施工过程中，经常需要在井下进行爆破作业，爆破具有瞬时性、突发性和强破坏性的特点，并伴随着高温高压，爆破过程中会在极短的时间内对井下围岩产生多次循环冲击并对围岩产生极大的破坏，井下围岩受到爆破冲击破坏对于施工安全和施工进度等都有直接的影响，因此针对井下围岩的爆破裂纹扩展应力的研究对于井下施工具有着重要的意义。
然而，由于围岩遭受破坏时裂纹扩展过程难以捕捉，因此现场难以测算出围岩遭受破坏时裂纹扩展的爆炸应力的变化。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，模拟井下围岩受到循环荷载冲击的情形，测量模型爆破裂纹扩展，从而测算出模型遭受破坏时裂纹扩展的爆炸应力；解决由于现场围岩遭受破坏时裂纹扩展过程难以捕捉，难以测算出围岩遭受破坏时裂纹扩展的爆炸应力变化的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，包括：岩体模型、环形加载机构、工作台、爆破冲击模拟组件、竖向加载组件和拍摄组件，所述岩体模型用于模拟井下围岩；所述环形加载机构包括环形加载室和增压组件，所述岩体模型放置在所述环形加载室的环内，所述环形加载室的环形内壁采用弹性材料制成，所述岩体模型和所述环形内壁紧密贴合，所述增压组件和所述环形加载室固定连接，所述环形加载室中充有加压液；所述环形加载机构固定设置在所述工作台的台面上，所述工作台上设有支撑架；所述爆破冲击模拟组件固定安装在所述工作台上，所述爆破冲击模拟组件的动作端伸入到所述岩体模型的爆破孔内；所述竖向加载组件固设在所述支撑架上，所述竖向加载组件用于固定所述岩体模型并向所述岩体模型提供竖向载荷；所述拍摄组件和所述支撑架固定连接，所述岩体模型在所述拍摄组件的拍摄范围内。
通过所述增压组件对所述环形加载室中的加压液进行加压，使得所述加压液具有较高的液体压力势能，所述加压液将载荷传递到所述岩体模型上，使得所述岩体模型能够更加接近围岩所处的真实环境，使得测试结果更加准确。所述竖向加载组件压在所述岩体模型上，固定所述岩体模型并向所述岩体模型提供竖向载荷。由于设置有爆破冲击模拟组件可以模拟爆破过程对岩体模型的循环冲击。在所述岩体模型受到冲击破坏时，所述拍摄组件能够快速的记录下所述岩体模型表面的应变情况，通过应变情况可以转换出岩体模型的爆破裂纹扩展应力。
通过模拟井下围岩受到循环荷载冲击的情形，测量岩体模型爆破裂纹扩展，从而测量出岩体模型遭受破坏时裂纹扩展的爆炸应力。通过模型模拟反应出实际井下围岩遭受破坏时裂纹扩展过程和爆炸应力变化情况，从而解决了由于现场围岩遭受破坏时裂纹扩展过程难以捕捉，难以测算出围岩遭受破坏时裂纹扩展的爆炸应力变化的问题。
可选地，所述增压组件包括第一直线驱动件、增压滑块、增压筒和增压推杆。
所述增压筒和所述环形加载室固定连接，所述增压滑块和所述增压筒滑动配合，所述环形加载室上开设有通孔，所述增压推杆和所述通孔滑动配合，所述增压推杆和所述增压滑块固定连接，所述增压推杆穿过所述通孔伸入到所述环形加载室的腔室中，所述第一直线驱动件驱动所述增压滑块在所述增压筒中做直线运动，所述第一直线驱动件为气缸、液压缸或者电动推杆。
通过所述第一直线驱动件驱动所述增压滑块运动，所述增压滑块带动所述增压推杆做直线运动，当所述增压推杆向所述环形加载室中运动时，所述增压推杆挤压所述加压液，由于液体难以压缩的特性，在受到外界压力时，增压液中的液体压力将快速增加，从而达到给所述岩体模型加载的目的。
可选地，所述岩体模型正对所述拍摄组件的表面上设置若干追踪斑点，所述拍摄组件通过所述追踪斑点前后位置变化从而判断所述岩体模型表面的应变情况。
可选地，所述岩体模型正对所述拍摄组件的表面为白底黑斑，有利于所述拍摄和观察。
可选地，所述拍摄组件包括高速相机和处理器，所述高速相机固定安装在所述支撑架上，所述岩体模型在所述高速相机的拍摄范围内，所述高速相机和所述处理器信号互通，通过所述高速相机快速拍数所述岩体模型表面的照片，所述处理器通过所述照片前后的变化算出所述岩体模型的形变以及爆炸应力。
可选地，所述爆破冲击模拟组件为冲击锤和第二直线驱动件，所述冲击锤固定连接在所述第二直线驱动件的活动端，所述第二直线驱动件可以是气缸、液压缸或者电动推杆，所述第二直线驱动件和所述工作台上的安装架固定连接，所述冲击锤的冲击端伸入到所述爆破孔内部。
所述第二直线驱动件控制所述冲击锤紧贴在所述岩体模型内部，所述冲击锤产生循环冲击模拟井下围岩的爆破荷载。
可选地，所述环形加载机构还包括液压表，所述液压表和所述环形加载室的腔室连通，所述液压表用于检测所述腔室中的液体压力大小。通过所述液压表的数值可以及时的了解所述岩体模型受到的围压大小。
可选地，所述竖向加载组件包括第三直线驱动件和压块，所述第三直线驱动件可以是气缸、液压缸或者电动推杆，所述第三直线驱动件和所述支撑架固定连接，所述压块固定在所述第三直线驱动件的伸缩端，所述压块压在所述岩体模型上表面的边缘。当所述岩体模型放置到所述环形加载室的内部时，所述第三直线驱动件带动所述压块向下运动，并压在所述岩体模型上。
可选地，还包括模型吊运机构，所述模型吊运机构包括水平直线驱动组件、滑动件、绞轴、绳索、连接件和提升电机；所述水平直线驱动组件固定安装在所述支撑架上，所述水平直线驱动组件驱动所述滑动件做直线运动，所述绞轴和所述滑动件转动连接，所述提升电机和所述绞轴传动连接，所述绳索一端固定在所述绞轴上，所述绳索的另一端和所述连接件固定连接，所述连接件和所述岩体模型可拆卸固定连接。 由于设置有所述模型吊运机构，能够快速的将所述岩体模型安装到实验装置上，试验完成后，能够方便快捷的将所述岩体模型取下。
可选地，水平直线驱动组件包括直线驱动电机、丝杆和导轨；所述导轨和所述支撑架固定连接，所述丝杆和所述支撑架转动连接，所述丝杆和所述导轨互相平行，所述直线驱动电机固定安装在所述支撑架上，所述直线驱动电机和所述丝杆传动连接，所述滑动件和所述导轨滑动配合，所述滑动件和所述丝杆螺纹配合。通过所述直线驱动电机带动所述丝杆旋转，所述丝杆旋转过程中，所述丝杆驱动所述滑动件沿着所述导轨做直线运动。
附图说明
图1为本发明实施例的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置的剖视图；
图2为本发明实施例的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置的立体结构示意图；
图3为本发明实施例的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置斜仰视角的立体结构示意图；
图4为本发明实施例的图1中局部C的放大图；
图5为本发明实施例的岩体模型的立体结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
请参阅图1-图5，本发明提供一种测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置的实施例，包括: 岩体模型1、环形加载机构3、工作台2、爆破冲击模拟组件4、竖向加载组件5和拍摄组件，所述岩体模型1用于模拟井下围岩；所述环形加载机构3包括环形加载室301和增压组件302，所述岩体模型1放置在所述环形加载室301的环内，所述环形加载室301的环形内壁采用弹性材料制成，所述岩体模型1和所述环形内壁紧密贴合，所述增压组件302和所述环形加载室301固定连接，所述环形加载室301中充有加压液；所述环形加载机构3固定设置在所述工作台2的台面上，所述工作台2上设有支撑架201；所述爆破冲击模拟组件4固定安装在所述工作台2上，所述爆破冲击模拟组件4的动作端伸入到所述岩体模型1的爆破孔内；所述竖向加载组件5固设在所述支撑架201上，所述竖向加载组件5用于固定所述岩体模型1并向所述岩体模型1提供竖向载荷；所述拍摄组件和所述支撑架201固定连接，所述岩体模型1在所述拍摄组件的拍摄范围内。
通过所述增压组件302对所述环形加载室301中的加压液进行加压，使得所述加压液具有较高的液体压力势能，所述加压液将载荷传递到所述岩体模型1上，所述岩体模型1能够更加接近围岩所处的真实环境，使得模拟测试结果更加准确。所述竖向加载组件5压在所述岩体模型1上，固定所述岩体模型1并向所述岩体模型1提供竖向载荷。由于设置有爆破冲击模拟组件4可以模拟爆破过程对岩体模型1的循环冲击。在所述岩体模型1受到冲击破坏时，所述拍摄组件能够快速的记录下所述岩体模型1表面的应变情况，通过应变情况可以转换出岩体模型1的爆破裂纹扩展应力。
通过模拟井下围岩受到循环荷载冲击的情形，测量岩体模型1爆破裂纹扩展，从而测量出岩体模型1遭受破坏时裂纹扩展的爆炸应力。通过模型模拟反应出实际井下围岩遭受破坏时裂纹扩展过程和爆炸应力变化情况，从而解决了由于现场围岩遭受破坏时裂纹扩展过程难以捕捉，难以测算出围岩遭受破坏时裂纹扩展的爆炸应力变化的问题。
本实施例中，请参阅图1和图4，所述增压组件302包括第一直线驱动件3021、增压滑块3022、增压筒3023和增压推杆3024。
所述增压筒3023和所述环形加载室301固定连接，所述增压滑块3022和所述增压筒3023滑动配合，所述环形加载室301上开设有通孔，所述增压推杆3024和所述通孔滑动配合，所述增压推杆3024和所述增压滑块3022固定连接，所述增压推杆3024穿过所述通孔伸入到所述环形加载室301的腔室中，所述第一直线驱动件3021驱动所述增压滑块3022在所述增压筒3023中做直线运动，所述第一直线驱动件3021为气缸、液压缸或者电动推杆。
通过所述第一直线驱动件3021驱动所述增压滑块3022运动，所述增压滑块3022带动所述增压推杆3024做直线运动，当所述增压推杆3024向所述环形加载室301中运动时，所述增压推杆3024挤压所述加压液，由于液体难以压缩的特性，在受到外界压力时，增压液中的液体压力将快速增加，从而达到给所述岩体模型1加载的目的。
本实施例中，请参阅图5，所述岩体模型1正对所述拍摄组件的表面上设置若干追踪斑点101，所述拍摄组件通过所述追踪斑点101前后位置变化从而判断所述岩体模型1表面的应变情况。
本实施例中，请参阅图5，所述岩体模型1正对所述拍摄组件的表面为白底黑斑，有利于拍摄和观察。
本实施例中，请参阅图1-图3，所述拍摄组件包括高速相机6和处理器，所述高速相机6固定安装在所述支撑架201上，所述岩体模型1在所述高速相机6的拍摄范围内，所述高速相机6和所述处理器信号互通，通过所述高速相机6快速拍数所述岩体模型1表面的照片，所述处理器通过所述照片前后的变化算出所述岩体模型1的形变以及爆炸应力。
本实施例中，请参阅图1和图2，所述爆破冲击模拟组件4为冲击锤401和第二直线驱动件402，所述冲击锤401固定连接在所述第二直线驱动件402的活动端，所述第二直线驱动件402可以是气缸、液压缸或者电动推杆，所述第二直线驱动件402和所述工作台2上的安装架202固定连接，所述冲击锤401的冲击端伸入到所述爆破孔内部。
所述第二直线驱动件402控制所述冲击锤401紧贴在所述岩体模型1内部，所述冲击锤401产生循环冲击模拟井下围岩的爆破荷载。
本实施例中，请参阅图1-图5，所述环形加载机构3还包括液压表，所述液压表和所述环形加载室301的腔室连通，所述液压表用于检测所述腔室中的液体压力大小。通过所述液压表的数值可以及时的了解所述岩体模型1受到的围压大小。
本实施例中，请参阅图1-图3，所述竖向加载组件5包括第三直线驱动件501和压块502，所述第三直线驱动件501可以是气缸、液压缸或者电动推杆，所述第三直线驱动件501和所述支撑架201固定连接，所述压块502固定在所述第三直线驱动件501的伸缩端，所述压块502压在所述岩体模型1上表面的边缘。当所述岩体模型1放置到所述环形加载室301的内部时，所述第三直线驱动件501带动所述压块502向下运动，并压在所述岩体模型1上。
本实施例中，请参阅图1、图3和图5，还包括模型吊运机构7，所述模型吊运机构7包括水平直线驱动组件、滑动件702、绞轴703、绳索、连接件和提升电机704；所述水平直线驱动组件固定安装在所述支撑架201上，所述水平直线驱动组件驱动所述滑动件702做直线运动，所述绞轴703和所述滑动件702转动连接，所述提升电机704和所述滑动件702固定连接，所述提升电机704和所述绞轴703传动连接，所述绳索一端固定在所述绞轴703上，所述连接件和所述岩体模型1可拆卸固定连接，所述绳索的另一端和所述连接件固定连接，所述岩石模型1上开设有吊装孔102，所述连接接可以为吊环，所述吊环安装所述吊装孔102中，所述绳索和所述吊环固定连接。由于设置有所述模型吊运机构7，能够快速的将所述岩体模型1安装到实验装置上，试验完成后，能够方便快捷的将所述岩体模型1取下。
本实施例中，请参阅图1、图3和图5，水平直线驱动组件包括直线驱动电机7011、丝杆7012和导轨7013；所述导轨7013和所述支撑架201固定连接，所述丝杆7012和所述支撑架201转动连接，所述丝杆7012和所述导轨7013互相平行，所述直线驱动电机7011固定安装在所述支撑架201上，所述直线驱动电机7011和所述丝杆7012传动连接，所述滑动件702和所述导轨7013滑动配合，所述滑动件702和所述丝杆7012螺纹配合。通过所述直线驱动电机7011带动所述丝杆7012旋转，所述丝杆7012旋转过程中，所述丝杆7012驱动所述滑动件702沿着所述导轨7013做直线运动。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，其特征在于，包括：
岩体模型，
所述岩体模型用于模拟井下围岩；
环形加载机构，
所述环形加载机构包括环形加载室和增压组件，所述岩体模型放置在所述环形加载室的环内，所述环形加载室的环形内壁采用弹性材料制成，所述岩体模型和所述环形内壁紧密贴合，所述增压组件和所述环形加载室固定连接，所述环形加载室中充有加压液；
工作台，
所述环形加载机构固定设置在所述工作台的台面上，所述工作台上设有支撑架；
爆破冲击模拟组件，
所述爆破冲击模拟组件固定安装在所述工作台上，所述爆破冲击模拟组件的动作端伸入到所述岩体模型的爆破孔内；
竖向加载组件，
所述竖向加载组件固设在所述支撑架上，所述竖向加载组件用于固定所述岩体模型并向所述岩体模型提供竖向载荷；
拍摄组件，
所述拍摄组件和所述支撑架固定连接，所述岩体模型在所述拍摄组件的拍摄范围内；
所述增压组件包括第一直线驱动件、增压滑块、增压筒和增压推杆；
所述增压筒和所述环形加载室固定连接，所述增压滑块和所述增压筒滑动配合，所述环形加载室上开设有通孔，所述增压推杆和所述通孔滑动配合，所述增压推杆和所述增压滑块固定连接，所述增压推杆穿过所述通孔伸入到所述环形加载室的腔室中，所述第一直线驱动件驱动所述增压滑块在所述增压筒中做直线运动。
2.根据权利要求1所述的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，其特征在于：所述岩体模型正对所述拍摄组件的表面上设置若干追踪斑点。
3.根据权利要求2所述的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，其特征在于：所述岩体模型正对所述拍摄组件的表面为白底黑斑。
4.根据权利要求2所述的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，其特征在于：所述拍摄组件包括高速相机和处理器，所述高速相机固定安装在所述支撑架上，所述岩体模型在所述高速相机的拍摄范围内，所述高速相机和所述处理器信号互通。
5.根据权利要求1所述的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，其特征在于：所述爆破冲击模拟组件包括冲击锤和第二直线驱动件，所述冲击锤固定连接在所述第二直线驱动件的活动端，第二直线驱动件和所述工作台上的安装架固定连接，所述冲击锤的冲击端伸入到所述爆破孔内部。
6.根据权利要求1所述的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，其特征在于：所述环形加载机构还包括液压表，所述液压表和所述环形加载室的腔室连通，所述液压表用于检测所述腔室中的液体压力大小。
7.根据权利要求1所述的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，其特征在于：所述竖向加载组件包括第三直线驱动件和压块，所述第三直线驱动件和所述支撑架固定连接，所述压块固定在所述第三直线驱动件的伸缩端，所述压块压在所述岩体模型表面的边缘。
8.根据权利要求1所述的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，其特征在于：还包括模型吊运机构，所述模型吊运机构包括水平直线驱动组件、滑动件、绞轴、绳索、连接件和提升电机；
所述水平直线驱动组件固定安装在所述支撑架上，所述水平直线驱动组件驱动所述滑动件做直线运动，所述绞轴和所述滑动件转动连接，所述提升电机和所述滑动件固定连接，所述提升电机和所述绞轴传动连接，所述绳索一端固定在所述绞轴上，所述绳索的另一端和所述连接件固定连接，所述连接件和所述岩体模型可拆卸固定连接。
9.根据权利要求8所述的测量循环荷载下模型的爆破裂纹扩展应力装置，其特征在于：水平直线驱动组件包括直线驱动电机、丝杆和导轨；所述导轨和所述支撑架固定连接，所述丝杆和所述支撑架转动连接，所述丝杆和所述导轨互相平行，所述直线驱动电机固定安装在所述支撑架上，所述直线驱动电机和所述丝杆传动连接，所述滑动件和所述导轨滑动配合，所述滑动件和所述丝杆螺纹配合。
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