CN208270350U - 用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，包括加压装置、固定吸能腔、岩石杆件、两组对顶组件、卸载块和爆炸冲击组件；加压装置和固定吸能腔间隔设置在同一高度处，且加压装置的驱动端朝向固定吸能腔；岩石杆件的一端与固定吸能腔连接，另一端朝向加压装置延伸；两组对顶组件相对设置在岩石杆件的另一端端部及加压装置的驱动端；爆炸冲击组件设置在卸载块下方，其具有可在其爆炸作用下相对其向上移动的冲击件；卸载块竖向夹持在两组对顶组件之间。优点：结构简单，安装使用方便，便于实验人员准确测试爆破开挖岩石试件的卸载阶段应力应变变化情况，且整个卸载实验装置强度较高，安全性能较好。

Description

用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置

技术领域

本实用新型涉及岩体工程技术领域，特别涉及用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置。

背景技术

随着我国“西部大开发”和“西电东送”战略的推进，我国西南地区正在兴建或待建一批大规模的水利水电和交通工程。这些工程常处于高山峡谷中，势必涉及高地应力下大规模的岩体开挖，而爆破开挖目前任是高地应力地区最主要的开挖方式，大量研究表明中高地应力状态下岩体开挖卸荷存在显著的动力特征，岩体爆破开挖过程初始地应力场的动态卸载可能是引起岩体松动的重要因素之一，而开挖卸荷问题往往是爆破冲击荷载与初始地应力瞬态卸荷荷载共同作用产生的。因此，分析爆破开挖瞬态卸荷机制，研究初始地应力瞬态直接卸荷等问题具有重要的理论意义和广阔的工程应用价值。目前，在瞬态卸荷试验中，没有一种卸荷装置能达到模拟爆破开挖开挖后岩体直接瞬态卸载过程，大部分的相关研究都限数值模拟和理论推导，并没有结合实际实验做对比。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，有效的克服了现有技术的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，包括加压装置、固定吸能腔、岩石杆件、两组对顶组件、卸载块和爆炸冲击组件；

上述加压装置和固定吸能腔间隔设置在同一高度处，且加压装置的驱动端朝向上述固定吸能腔；

上述岩石杆件的一端与上述固定吸能腔连接，另一端朝向上述加压装置延伸；

两组上述对顶组件相对设置在上述岩石杆件的另一端端部及上述加压装置的驱动端；

上述爆炸冲击组件设置在上述卸载块下方，其具有可在其爆炸作用下相对其向上移动的冲击件；

上述卸载块竖向夹持在两组上述对顶组件之间；

上述爆炸冲击组件起爆后驱动上述冲击件向上移动，并通过上述冲击件将上述卸载块由两组上述对顶组件之间向上推出。

本实用新型的有益效果是：结构简单，安装使用方便，便于实验人员准确测试爆破开挖岩石试件的卸载阶段应力应变变化情况，且整个卸载实验装置强度较高，安全性能较好。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，上述岩石杆件的上下端及上述加压装置驱动端的上下端分别设有法向滚动约束装置，上述法向滚动约束装置分别与上述岩石杆件的上下端及上述加压装置驱动端的上下端相对滚动配合。

采用上述进一步方案的有益效果是可对岩石杆件和加压装置起到纵向的支撑及横向的导向作用，使其能够稳定的使用。

进一步，上述对顶组件均由钢块、轴承安装座和轴承组成，上述轴承安装座安装在上述钢块的一端，上述轴承横向设置，并可转动的安装在上述轴承安装座上，两组上述对顶组件的钢块另一端分别与固定在上述岩石杆件的另一端端部和上述加压装置的驱动端端部，上述卸载块竖向夹持在两组上述对顶组件的轴承之间。

采用上述进一步方案的有益效果是对顶组件结构简单，操作使用方便，能有效的夹持卸载块，并能在卸荷时利于卸载块向上推出。

进一步，两组上述对顶组件的钢块之间通过多根水平设置的导向连接件相连，多根上述导向连接件均匀分布在上述卸载块的两侧。

采用上述进一步方案的有益效果是导向连接件能够对两组对顶组件进行定位，使二者始终保持特定的相对位置，利于后续卸荷研究的精准。

进一步，上述导向连接件包括固定管和导向轴，上述固定管和导向轴分别水平固定在两组上述对顶组件的钢块相互靠近的一端端部，上述固定管为两端均敞口的管体，上述导向轴背离对应的上述钢块的一端伸入上述固定管背离对应的上述钢块的一端内部。

采用上述进一步方案的有益效果是导向连接件结构设计简单，安装方便，对两个钢块的定位也比较准确。

进一步，上述固定吸能腔包括一端开口的箱体和填充于上述箱体内的吸能介质，上述岩石杆件的一端由上述箱体的开口端伸入并埋设在上述吸能介质内。

采用上述进一步方案的有益效果是固定吸能腔结构简单，便于岩石杆件的布置。

进一步，上述吸能介质为沙或水泥的混合物，且沙与水泥的体积比为3～ 10：1。

采用上述进一步方案的有益效果是其构成成分简单，吸能效果良好，成本也低。

进一步，上述加压装置为千斤顶或液压缸。

采用上述进一步方案的有益效果是操作使用方便。

进一步，上述爆炸冲击组件包括爆破箱、待爆岩体试样和上述冲击件，上述爆破箱上端敞口设置，并位于上述卸载块的下方靠近其的位置，上述待爆岩体试样填充于上述爆破箱内，其内中部预埋有起爆物，上述冲击件设置在上述待爆岩体试样上端，上述起爆物起爆后驱动上述冲击件向上移动，并通过上述冲击件将上述卸载块由两组上述对顶组件之间向上推出。

采用上述进一步方案的有益效果是爆炸冲击组件结构设计简单，能有效的在起爆后将卸载块由两组对顶组件之间退出卸荷，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置的结构示意图；

图2为本实用新型的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段中两组对顶组件配合的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、加压装置，2、固定吸能腔，3、岩石杆件，4、对顶组件，5、卸载块，6、爆炸冲击组件，7、法向滚动约束装置，41、钢块，42、轴承安装座， 43、轴承，44、导向连接件，61、冲击件，62、爆破箱，63、待爆岩体试样， 441、固定管，442、导向轴。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例：如图1和2所示，本实施例的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：包括加压装置1、固定吸能腔2、岩石杆件3、两组对顶组件4、卸载块5和爆炸冲击组件6；

上述加压装置1和固定吸能腔2间隔设置在同一高度处，且加压装置1 的驱动端朝向上述固定吸能腔2；

上述岩石杆件3的一端与上述固定吸能腔2连接，另一端朝向上述加压装置1延伸；

两组上述对顶组件4相对设置在上述岩石杆件3的另一端端部及上述加压装置1的驱动端；

上述爆炸冲击组件6设置在上述卸载块5下方，其具有可在其爆炸作用下相对其向上移动的冲击件61；

上述卸载块5竖向夹持在两组上述对顶组件4之间；

上述爆炸冲击组件6起爆后驱动上述冲击件61向上移动，并通过上述冲击件61将上述卸载块5由两组上述对顶组件4之间向上推出。

实验时，在岩石杆件3的合适位置贴上应变片，通过动态应变仪拾取应变片的信号，通过加压装置1对岩石杆件3间接轴向加压(具体为加压装置 1施加压力给对应的对顶组件4，并通过卸载块5和另一组对顶组件4传递至岩石杆件3)，待加载到预定的压力后，在爆炸冲击组件6处对岩石试件爆破，爆破产生的冲击力驱动冲击件61向上飞出，并撞击卸载块5，且将卸载块5从两组对顶组件4之间向上顶出，卸载块5完成瞬间卸荷，动态应变仪对应的软件记录卸载瞬间的过程中岩石杆件3的应变变化规律即可完成依次完整的实验。

瞬态卸载操作如下：岩石试件爆破后，爆破产生的冲击力驱动冲击件61 向上飞出，并撞击卸载块5的下部，卸载块5向上飞出，对顶组件4轴向长度发生突变，从而岩石杆件3完成瞬时卸载，动态应变仪记录卸载应变变化。

较佳的，上述岩石杆件3的上下端及上述加压装置1驱动端的上下端分别设有法向滚动约束装置7，上述法向滚动约束装置7分别与上述岩石杆件 3的上下端及上述加压装置1驱动端的上下端相对滚动配合，整个实验过程中，法向滚动约束装置7对岩石杆件3和加压装置1的驱动端作法向约束，并起到一定支撑作用，放置两者在卸荷过程中发生偏移而影响实验结果。

较佳的，上述法向滚动约束装置7由固定件和滚轮构成，固定件分别固定在岩石杆件3的上下端及上述加压装置1驱动端的上下端，固定件靠近对应的岩石杆件3的上下端及上述加压装置1驱动端的上下端的端设有上述滚轮，滚轮与对应的岩石杆件3的上下端及上述加压装置1驱动端的上下端接触并滚动配合，以对岩石杆件3和加压装置1驱动端在竖向起到支撑导向的作用。

较佳的，上述法向滚动约束装置7一般设有多个，并沿岩石杆件3的长度方向间隔设置在其上下端。

较佳的，上述对顶组件4均由钢块41、轴承安装座42和轴承43组成，上述轴承安装座42安装在上述钢块41的一端，上述轴承43横向设置，并可转动的安装在上述轴承安装座42上，两组上述对顶组件4的钢块41另一端分别与固定在上述岩石杆件3的另一端端部和上述加压装置1的驱动端端部，上述卸载块5竖向夹持在两组上述对顶组件4的轴承43之间，瞬态卸载操作时，岩石试件爆破后，爆破产生的冲击力驱动冲击件61向上飞出，并撞击卸载块5的下部，两组轴承43发生转动，卸载块5向上飞出，对顶组件4轴向长度发生突变，从而岩石杆件3完成瞬时卸载，动态应变仪记录卸载应变变化，整个对顶组件4设计合理，比较利于卸载块5在爆破冲击下被推出两个轴承43之间完成卸荷。

较佳的，上述卸载块5为T型结构，在其夹持在两个轴承43之间时，其横梁部分是抵接在两个轴承43的上部，其安置比较平稳，利于卸荷时沿正确的方向向上推出。

较佳的，两组上述对顶组件4的钢块41之间通过多根水平设置的导向连接件44相连，多根上述导向连接件44均匀分布在上述卸载块5的两侧，具体的，钢块41一般为长方体形，导向连接件44分别位于两组钢块41的四个拐角之间，其布置合理，不会影响卸载块5卸荷时的正常移动。

较佳的，上述导向连接件44包括固定管441和导向轴442，上述固定管 441和导向轴442分别水平固定在两组上述对顶组件4的钢块41相互靠近的一端端部，上述固定管441为两端均敞口的管体，上述导向轴442背离对应的上述钢块41的一端伸入上述固定管441背离对应的上述钢块41的一端内部，导向连接件44整体结构简单，固定管441和导向轴442轴心线重合，定位导向较佳。

较佳的，上述固定吸能腔2包括一端开口的箱体和填充于上述箱体内的吸能介质，上述岩石杆件3的一端由上述箱体的开口端伸入并埋设在上述吸能介质内，固定吸能腔2结构简单，吸能效果好，与岩石杆件3之间装配布置比较方便。

较佳的，上述吸能介质为沙或水泥的混合物，且沙与水泥的体积比为3～ 10：1，其取材方便，配比简单，材质使用成本低，吸能效果好。

较佳的，上述加压装置1为千斤顶或液压缸，当然也可以是推力气缸等其他加压装置。

较佳的，上述爆炸冲击组件6包括爆破箱62、待爆岩体试样63和上述冲击件61，上述爆破箱62上端敞口设置，并位于上述卸载块5的下方靠近其的位置，上述待爆岩体试样63填充于上述爆破箱62内，其内中部预埋有起爆物，上述冲击件61设置在上述待爆岩体试样63上端，上述起爆物起爆后驱动上述冲击件61向上移动，并通过上述冲击件61将上述卸载块5由两组上述对顶组件4之间向上推出，爆炸冲击组件6设计简单合理，利于起爆物炸毁爆岩体试样63来驱动冲击件61向上飞出，并推动卸载块5卸荷，充分模拟岩体爆破开挖卸荷，研究结果比较准确、匹配度较高。

较佳的，上述起爆物为雷管，也可以是炸药或其他起爆物。

较佳的，上述冲击件61为倒置的T型件，并搁置在上述待爆岩体试样63的上端，其竖向段位于卸载块5的下方靠近其的位置，冲击件61竖直段的宽度应小于卸载块5的竖直段的宽度，以使的冲击件61能够有效的撞击卸载块5，并将卸载块5向上推出两组轴承43之间，并且，冲击件61的T 型设置也比较利于在待爆破岩体试样63上端的稳定放置，确保其冲击方向保持竖直向上，能够良好的对卸载块5施加冲击力以实现有效卸荷的目的。

较佳的，上述冲击件61个卸载块5应都选用钢构件，以确保其强度各方面性能都能满足卸荷的需求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：包括加压装置(1)、固定吸能腔(2)、岩石杆件(3)、两组对顶组件(4)、卸载块(5)和爆炸冲击组件(6)；

所述加压装置(1)和固定吸能腔(2)间隔设置在同一高度处，且加压装置(1)的驱动端朝向所述固定吸能腔(2)；

所述岩石杆件(3)的一端与所述固定吸能腔(2)连接，另一端朝向所述加压装置(1)延伸；

两组所述对顶组件(4)相对设置在所述岩石杆件(3)的另一端端部及所述加压装置(1)的驱动端；

所述爆炸冲击组件(6)设置在所述卸载块(5)下方，其具有可在其爆炸作用下相对其向上移动的冲击件(61)；

所述卸载块(5)竖向夹持在两组所述对顶组件(4)之间；

所述爆炸冲击组件(6)起爆后驱动所述冲击件(61)向上移动，并通过所述冲击件(61)将所述卸载块(5)由两组所述对顶组件(4)之间向上推出。

2.根据权利要求1所述的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：所述岩石杆件(3)的上下端及所述加压装置(1)驱动端的上下端分别设有法向滚动约束装置(7)，所述法向滚动约束装置(7)分别与所述岩石杆件(3)的上下端及所述加压装置(1)驱动端的上下端相对滚动配合。

3.根据权利要求1所述的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：所述对顶组件(4)均由钢块(41)、轴承安装座(42)和轴承(43)组成，所述轴承安装座(42)安装在所述钢块(41)的一端，所述轴承(43)横向设置，并可转动的安装在所述轴承安装座(42)上，两组所述对顶组件(4)的钢块(41)另一端分别与固定在所述岩石杆件(3)的另一端端部和所述加压装置(1)的驱动端端部，所述卸载块(5)竖向夹持在两组所述对顶组件(4)的轴承(43)之间。

4.根据权利要求1所述的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：两组所述对顶组件(4)的钢块(41)之间通过多根水平设置的导向连接件(44)相连，多根所述导向连接件(44)均匀分布在所述卸载块(5)的两侧。

5.根据权利要求4所述的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：所述导向连接件(44)包括固定管(441)和导向轴(442)，所述固定管(441)和导向轴(442)分别水平固定在两组所述对顶组件(4)的钢块(41)相互靠近的一端端部，所述固定管(441)为两端均敞口的管体，所述导向轴(442)背离对应的所述钢块(41)的一端伸入所述固定管(441)背离对应的所述钢块(41)的一端内部。

6.根据权利要求1所述的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：所述固定吸能腔(2)包括一端开口的箱体和填充于所述箱体内的吸能介质，所述岩石杆件(3)的一端由所述箱体的开口端伸入并埋设在所述吸能介质内。

7.根据权利要求6所述的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：所述吸能介质为沙或水泥的混合物，且沙与水泥的体积比为3～10：1。

8.根据权利要求1所述的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：所述加压装置(1)为千斤顶或液压缸。

9.根据权利要求1至8任一项所述的用于模拟初始地应力下岩体爆破开挖卸荷阶段的装置，其特征在于：所述爆炸冲击组件(6)包括爆破箱(62)、待爆岩体试样(63)和所述冲击件(61)，所述爆破箱(62)上端敞口设置，并位于所述卸载块(5)的下方靠近其的位置，所述待爆岩体试样(63)填充于所述爆破箱(62)内，其内中部预埋有起爆物，所述冲击件(61)设置在所述待爆岩体试样(63)上端，所述起爆物起爆后驱动所述冲击件(61)向上移动，并通过所述冲击件(61)将所述卸载块(5)由两组所述对顶组件(4)之间向上推出。