CN211235335U - 渗透压和静压耦合电磁加载三轴shpb装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置，一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置包括电磁脉冲发射系统、轴压伺服控制加载系统、围压伺服控制加载系统、渗透压加载系统、杆件系统和数据监测与采集系统。本实用新型基于传统的一维SHPB，创新性的对原有设备进行改进，引入渗透压实时加载和控制系统，解决了现有动力学试验装置无法开展接近深部岩体真实环境的高渗透水压、静压以及动态扰动耦合作用下的岩体动力学响应研究的技术难题。

Description

渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置

技术领域

本实用新型属于岩石动力学研究领域。更具体地说，涉及一种考虑深部地下真实多场耦合环境下岩石动力学特征和破断机理研究的渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置。SHPB：霍普金森杆。

背景技术

随着浅部矿产资源不断枯竭，资源和能源开采逐渐转向深部发展，未来深部开采将成为常态化。然而，进入深部开采后，岩体所处环境变得十分复杂，深部原位岩体不仅承受着高幅值三向应力还往往同时承受着高渗透水压以及强烈的工程扰动(例如爆炸波、地震和岩爆等)，由此导致工程灾害(如岩爆、冲击地压、大变形等)频发，严重危及深部岩体工程的安全。因此，研究并揭示深部地应力-渗透压耦合环境下岩体在冲击荷载作用下的动态力学响应和破坏机制对深部地下岩体工程的开发和利用具有十分重要的意义。目前，针对深部复杂条件下岩体动力学特征研究主要表现为基于传统一维霍普金森压杆(SHPB)开展的动态冲击加载试验研究以及利用改进的SHPB系统开展动静组合冲击加载三维SHPB试验研究，虽然上述研究极大的促进人们对深部高地应力和动态冲击荷载作用条件下的岩体动力学响应规律的了解，但是不可否认的是现有研究未有考虑到深部岩体实际上是处于静态压力和高渗透水压以及动态扰动复杂环境条件，因此现有研究结果无法真实有效且全面的反应深部原位岩体在深部复杂条件下的动态力学特征以及破坏规律。究其原因，主要是考虑深部复杂条件下岩石动力学试验研究手段欠缺，特别是用于开展模拟深部渗透压和静态压力耦合作用条件下岩体动力学特征和破断机理研究的设备缺失。因此，现有技术还有待改进。

实用新型内容

为解决现有动力学试验装置无法开展深部高地应力和高渗透水压以及强烈的工程扰动条件下岩石动力学响应与破断机制研究，本实用新型提出一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置和测试方法，该装置基于传统的一维SHPB，创新性的对原有设备进行改进，引入渗透压实时加载和控制系统，解决了现有动力学试验装置无法开展接近深部岩体真实环境的高渗透水压、静压以及动态扰动耦合作用下的岩体动力学响应研究的技术难题。

一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置包括电磁脉冲发射系统、轴压伺服控制加载系统、围压伺服控制加载系统、渗透压加载系统、杆件系统和数据监测与采集系统。

渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置以支撑平台基础平台，呈左右对称形式布置，支撑平台起到粗调平装置基础并且承受整个系统自重以及测试过程的冲击载荷作用。电磁脉冲发射系统主要由相同加工参数、工艺和功能的左侧和右侧电磁脉冲激发腔及其控制系统构成，主要起到为测试系统提供动态荷载(入射应力波)的作用；轴压伺服控制加载系统主要由左侧和右侧轴压加载固定挡板、连杆、左侧和右侧轴压加载油缸、轴压加载活塞以及轴压伺服控制系统构成，主要起到为测试试样提供轴向静态预应力，轴压伺服控制加载系统的功能为程序化控制油源系统的加载、保持和卸载，可保证静态轴压在测试过程保持相对稳定；围压伺服控制加载系统主要由围压加载缸围挡、围压加载缸、螺杆、围压加载进油口、围压加载排气口、围压加载排气口密封塞、围压油表以及围压伺服控制系统构成，主要起到为测试试样提供环向静态预应力的作用，围压伺服控制加载系统的功能为程序化控制油源系统的加载、保持和卸载，可保证静态环向围压在测试过程保持相对稳定；渗透压加载系统主要由左侧渗透压管道、右侧渗透压管道、渗透压加压和控制系统构成，主要起到为测试试样提供孔隙水压力、渗透压或者为含内部孔洞试样提供孔内水压的作用；杆件系统主要由满足不同试验需求的直径、长度和材质均相等的左侧和右侧应力波加载杆及其支座构成，主要起到传递入射应力波并为测试试样施加动载荷的作用；数据监测与采集系统主要由多通道高速同步记录仪、应变片、惠斯通电桥以及应变信号放大器构成，起到实时监测并完整记录和存储试验测试信号的作用。

为了解决现有技术中问题，本实用新型提供了一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置，其包括支撑平台、左侧轴压加载固定挡板、左侧轴压加载油缸、左侧轴压加载活塞、左侧电磁脉冲激发腔、左侧电磁脉冲激发腔支座、连杆、左侧应力波加载杆、应力波加载杆支座、电阻应变片、右侧轴压加载固定挡板、右侧轴压加载油缸、右侧轴压加载活塞、右侧电磁脉冲激发腔、右侧电磁脉冲激发腔支座、右侧应力波加载杆、围压加载缸围挡、围压加载缸、连接螺杆、围压加载进油口、围压加载排气口、围压加载排气口密封塞、围压油表、左侧渗透压管道、右侧渗透压管道、测试试样及橡胶套；

装置以测试试样为中心，呈左右对称形式布置，其中左侧轴压加载固定挡板和右侧轴压加载固定挡板分别固定于支撑平台的左右两端，左侧轴压加载固定挡板和右侧轴压加载固定挡板中心和四周分别设置中心安装孔和四周安装孔，左侧轴压加载油缸和右侧轴压加载油缸分别穿过左侧轴压加载固定挡板和右侧轴压加载固定挡板的中心安装孔，并与之焊接形成整体结构，此外，左侧轴压加载固定挡板和右侧轴压加载固定挡板通过连杆穿过其四周安装孔而将二者连接成整体并进而与支撑平台构成一整体框架系统；左侧电磁脉冲激发腔由左侧电磁脉冲激发腔支座支撑并安置在支撑平台上，其中左侧电磁脉冲激发腔的左端部与左侧轴压加载活塞自由贴合接触，用于将左侧轴压加载油缸提供的静态轴压通过左侧轴压加载活塞传递至左侧电磁脉冲激发腔；左侧应力波加载杆由应力波加载杆支座支撑并安置在支撑平台上，其中左侧应力波加载杆的左端部与左侧电磁脉冲激发腔的右端面自由贴合接触，一方面用于将传递至左侧电磁脉冲激发腔的静态轴压进一步传递至左侧应力波加载杆并最终作用于测试试样，另一方面用于将左侧电磁脉冲激发腔产生的入射应力波输入至左侧应力波加载杆并沿其轴线方向传播直至给测试试样施加从左至右的动态荷载；

同理，右侧电磁脉冲激发腔由右侧电磁脉冲激发腔支座支撑并安置在支撑平台上，其中右侧电磁脉冲激发腔的右端部与右侧轴压加载活塞自由贴合接触，用于将右侧轴压加载油缸提供的静态轴压通过右侧轴压加载活塞传递至右侧电磁脉冲激发腔；右侧应力波加载杆由应力波加载杆支座支撑并安置在支撑平台上，其中右侧应力波加载杆的右端部与右侧电磁脉冲激发腔的左端面自由贴合接触，一方面用于将传递至右侧电磁脉冲激发腔的静态轴压进一步传递至右侧应力波加载杆并最终作用于测试试样，另一方面用于将右侧电磁脉冲激发腔产生的入射应力波输入至右侧应力波加载杆并沿其轴线方向传播直至给测试试样施加从右至左的动态荷载；

左侧应力波加载杆和右侧应力波加载杆上设置电阻应变片；

围压加载缸围挡、围压加载缸、连接螺杆、围压加载进油口、围压加载排气口、围压加载排气口密封塞以及围压油表构成围压加载装置，其中围压加载缸围挡的中心和四周分别设置有中心安装孔和四周安装孔，用于分别将左侧应力波加载杆和右侧应力波加载杆穿过中心安装孔伸入围压加载缸的内部与测试试样接触，螺杆通过围压加载缸围挡四周安装孔将围压加载缸围挡和围压加载缸连接为一整体结构并安置在支撑平台上，此外，右侧的围压加载缸围挡的中心安装孔下部和上部分别设有围压加载进油口和围压加载排气口，通过围压加载进油口20和围压加载排气口21将围压加载装置构成连通回路，用于将液压油泵入围压加载缸对包裹在橡胶套中的测试试样施加环向静态围压，围压加载排气口外侧配有围压加载排气口密封塞用于在围压加载缸内部空气排尽后对其进行密封；

渗透压加载装置包括左侧渗透压管道和右侧渗透压管道，其中左侧渗透压管道和右侧渗透压管道的孔径和长度均相同，二者分别内置于左侧应力波加载杆的右端部和右侧应力波加载杆的左端部，并与测试试样加载端面直接接触，渗透压施加时，通过从左侧渗透压管道注入具有设定压力的渗透液，渗透液在渗透压的驱动下通过测试试样的内部连通的孔网通道从右侧渗透压管道排出，并维持渗透压恒定在设定值。

作为本实用新型的进一步改进，所述左侧轴压加载固定挡板、右侧轴压加载固定挡板、围压加载缸围挡三者的中心安装孔和四周安装孔均为圆形孔。

作为本实用新型的进一步改进，左侧轴压加载固定挡板和右侧轴压加载固定挡板通过四根连杆穿过其周边的四个小圆孔而将二者连接成整体并进而与支撑平台构成一整体框架系统。

作为本实用新型的进一步改进，围压加载缸围挡的中心安装孔的直径比应力波加载杆直径大1±0.1mm。

作为本实用新型的进一步改进，左侧应力波加载杆和右侧应力波加载杆中心位置处设置电阻应变片。

作为本实用新型的进一步改进，围压加载缸围挡的右侧围挡上部设置所述围压油表。

作为本实用新型的进一步改进，左侧应力波加载杆和右侧应力波加载杆能够在应力波加载杆支座上自由滑动。

一种渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB测试方法，利用上述任意一项所述的装置进行测试，具体方法如下：

首先通过轴压伺服控制加载系统同步控制左侧轴压加载油缸和右侧轴压加载油缸，使二者升压并驱动左侧轴压加载活塞和右侧轴压加载活塞分别向右和向左移动，进而推动左侧应力波加载杆和右侧应力波加载杆分别以设定加载速率为测试试样施加轴向压力，待轴向压力值达到设定值时，停止加载并利用轴压伺服控制加载系统将轴向压力保持恒定；

随后利用围压伺服控制加载系统以设定速率通过围压加载进油口向围压加载缸内部泵入抗磨液压油，待从围压加载排气口流出液压油时表明围压加载缸内已注满抗磨液压油，此时用围压加载排气口密封塞拧紧并密封好围压加载排气口，并继续施加围压，待围压油表的压力读数达到设定围压值时，停止加载并利用围压伺服控制加载系统将围向压力保持恒定，从而使得通过防渗透橡胶套作用在测试试样的环向围压恒定在设定值；接着利用渗透压加载系统通过左侧渗透压管道和右侧渗透压管道给测试试样施加渗透压，待左侧渗透压管道()和右侧渗透压管道之间的渗透压压差恒定为设定值时，完成向测试试样施加静态轴压、围压和渗透压的耦合作用条件；

随后根据试验设计，操作电磁脉冲激发控制系统驱动左侧电磁脉冲激发腔和右侧电磁脉冲激发腔同步激发并输出入射应力波，入射应力波随后分别沿左右两侧应力波加载杆向测试试样传播并对其进行动态冲击加载，完成静压和渗透压耦合冲击加载三轴SHPB测试试验；

动态冲击加载过程通过粘贴在左右两侧加载杆中心位置处的电阻应变片，实时监测应力波加载杆中入射应变信号和反射应变信号；当利用应变片所监测到的应变信号数据显示静压和渗透压耦合冲击加载三轴SHPB测试过程测试试样左右两端面所施加的动态压缩荷载基本一致时，可认为测试试样动态冲击加载过程达到了应力平衡状态，根据一维应力波传播理论，利用应变片所监测的应变数据，按照下述公式进行计算，获取测试试样(26)的动态压缩强度σ(t)，动态压缩应变率

以及应变ε(t)分别为：

其中，E、C和A分别为应力波加载杆的弹性模量、纵波速度与杆的横截面面积；A_s为测试试样的横截面面积，A_s为测试试样的长度；ε_左入射和ε_左反射分别为应变片从左侧应力波加载杆上监测的入射应变信号和反射应变信号，ε_右入射和ε_右反射分别为应变片从右侧应力波加载杆上监测的入射应变信号和反射应变信号。

所述电阻应变片将应力波加载杆中入射应变信号和反射应变信号通过屏蔽导线经由惠斯通电桥传输至信号放大器，应变信号经由信号放大器放大后通过屏蔽导线输出至数据记录仪进行记录和存储，最终再通过数据线将应变信号数据由数据记录仪输出至计算机上进行分析处理。

本实用新型的有益效果是：

(1)一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置和测试方法的电磁脉冲发射系统可精确控制并且高度重复的产生入射应力波，解决了现有霍普金森杆设备气动发射子弹撞击入射杆产生入射应力波时难以精确控制并高度重复产生入射应力波的技术难题。

(2)一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置和测试方法的动态荷载由双向电磁脉冲发射系统同步控制加载，不仅弥补了传统霍普金森压杆只能从一个方向为测试试样施加动态荷载的缺陷，同时双向同步控制加载入射应力波，将测试试样加载过程达到动态应力平衡的时间缩短为传统从一个方向加载时的三分之一左右，从而有助于提高动态测试结果的有效性和可靠性，同时还能避免脆性试样因达到平衡所用时间太长而发生影响测试结果有效性的预破裂现象。

(3)一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置和测试方法的轴压和围压伺服控制加载系统可实现静态轴压和围压伺服控制加载并且在动态冲击加载过程维持轴压和围压保持相对稳定，解决了目前改进的SHPB三轴加载装置难以在动态加载过程维持轴压和围压相对稳定的缺陷。

(4)一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置和测试方法的渗透压加载系统可为测试在施加三轴静态压力作用下施加渗透压、孔隙水压力或者为含内部孔洞试样提供孔内水压并维持渗透压、孔隙水压力或孔内水压在设定值，实现渗透压和静压耦合作用下的冲击加载试验，解决了现有基于SHPB系统开展的岩石动力学特性测试无法在动态加载过程模拟渗透压-静压多场耦合的技术难题，使测试过程更加接近深部岩体真实三轴受力环境，从而使得测试结果更加可靠和准确。

附图说明

图1是本实用新型渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置三维图；

图2是本实用新型渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置正视图；

图3是本实用新型渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置剖切面正视图；

图4是本实用新型渗透压和围压加载装置三维图；

图5是本实用新型渗透压和围压加载装置正视方向三维剖切图；

图6是本实用新型温渗透压和围压加载装置正视方向剖切面正视图；

图7是本实用新型渗透压和围压加载装置俯视方向三维剖切图；

图8是本实用新型渗透压和围压加载装置俯视方向剖切面俯视图；

图9是本实用新型有限元计算模型三维图；

图10是本实用新型有限元计算中完整应力波加载杆的网格划分三维图；

图11是本实用新型有限元计算中含渗透压管道应力波加载杆的网格划分三维图；

图12是本实用新型不同渗透压管道直径对应力波加载杆中应力波传播影响有限元计算结果图；

图13是本实用新型含圆柱孔测试试样静压和孔内压耦合三轴加载正视方向三维剖切图；

图14是本实用新型含圆柱孔测试试样静压和孔内压耦合三轴加载俯视方向三维剖切图；

图15是本实用新型含圆柱孔测试试样三维图；

图16是本实用新型含圆柱孔测试试样俯视图。

图中标号对应部件名称如下：

1-支撑平台，2-左侧轴压加载固定挡板，3-左侧轴压加载油缸，4-左侧轴压加载活塞，5-左侧电磁脉冲激发腔，6-左侧电磁脉冲激发腔支座，7-连杆，8-左侧应力波加载杆，9-应力波加载杆支座，10-应变片，11-右侧轴压加载固定挡板，12-右侧轴压加载油缸，13-右侧轴压加载活塞，14-右侧电磁脉冲激发腔，15-右侧电磁脉冲激发腔支座，16-右侧应力波加载杆，17-围压加载缸围挡，18-围压加载缸，19-螺杆，20-围压加载进油口，21-围压加载排气口，22-围压加载排气口密封塞，23-围压油表，24-左侧渗透压管道，25-右侧渗透压管道，26-测试试样，27-橡胶套，28-圆柱孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

最佳实施方式1:

图1为渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置三维图，试验装置置于支撑平台1上，主要由电磁脉冲发射系统、轴压伺服控制加载系统、围压伺服控制加载系统、渗透压加载系统、杆件系统和数据监测与采集系统组成。测试系统以测试试样26为中心(如图3所示)，呈左右对称形式布置。其中左侧和右侧轴压加载固定挡板2和11分别固定于支撑平台1的左右两端，其中心和四周分别设置有大圆孔和小圆孔，此处的大小是基于中心和四周的圆孔尺寸对比得到的大和小，即中心圆孔的直径是大于四周圆孔的直径的，所以此处是清楚的。左侧轴压加载油缸3和右侧轴压加载油缸12分别穿过左右两端轴压加载固定挡板2和11的中心大圆孔，并与之焊接形成整体结构，此外，左右两端轴压加载固定挡板2和11通过四根连杆7穿过其周边的四个小圆孔而将二者连接成整体并进而与支撑平台构成一整体框架系统；连杆7的个数根据实际需要进行设定，此处四根仅仅是一种实施例子，不代表只能是四根；左侧电磁脉冲激发腔5由左侧电磁脉冲激发腔支座6支撑并安置在支撑平台1上，其中左侧电磁脉冲激发腔5的左端部与左侧轴压加载活塞4自由贴合接触，用于将左侧轴压加载油缸3提供的静态轴压通过左侧轴压加载活塞4传递至左侧电磁脉冲激发腔5；左侧应力波加载杆8由应力波加载杆支座9支撑并安置在支撑平台1上，其中左侧应力波加载杆8的左端部与左侧电磁脉冲激发腔5的右端面自由贴合接触，一方面用于将传递至左侧电磁脉冲激发腔5的静态轴压进一步传递至左侧应力波加载杆8并最终作用于测试试样26，另一方面用于将左侧电磁脉冲激发腔5产生的入射应力波输入至左侧应力波加载杆8并沿其轴线方向传播直至给测试试样26施加从左至右的动态荷载；同理，右侧电磁脉冲激发腔14由右侧电磁脉冲激发腔支座15支撑并安置在支撑平台1上，其中右侧电磁脉冲激发腔14的右端部与右侧轴压加载活塞13自由贴合接触，用于将右侧轴压加载油缸12提供的静态轴压通过右侧轴压加载活塞13传递至右侧电磁脉冲激发腔14；右侧应力波加载杆16由应力波加载杆支座9支撑并安置在支撑平台1上，其中右侧应力波加载杆16的右端部与右侧电磁脉冲激发腔14的左端面自由贴合接触，一方面用于将传递至右侧电磁脉冲激发腔14的静态轴压进一步传递至右侧应力波加载杆16并最终作用于测试试样26，另一方面用于将右侧电磁脉冲激发腔14产生的入射应力波输入至右侧应力波加载杆16并沿其轴线方向传播直至给测试试样26施加从右至左的动态荷载。

图4-8为渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置结构和连接示意图。围压加载装置主要由围压加载缸围挡17、围压加载缸18、连接螺杆19、围压加载进油口20、围压加载排气口21、围压加载排气口密封塞22以及围压油表23构成，其中围压加载缸围挡17的中心和四周分别设置有大圆孔和小圆孔，此处的大小是基于中心和四周的圆孔尺寸对比得到的大和小，即中心圆孔的直径是大于四周圆孔的直径的，所以此处是清楚的。大圆孔直径比应力波加载杆直径大约1mm，用于分别将左侧和右侧应力波加载杆8和16穿过中心大圆孔伸入围压加载缸18的内部与测试试样26接触，螺杆19通过围压加载缸围挡四周的小圆孔将围压加载缸围挡17和围压加载缸18连接为一整体结构并安置在支撑平台1上，此外，右侧的围压加载缸围挡17的中心大圆孔下部和上部分别设有围压加载进油口20和围压加载排气口21，通过围压加载进油口20和围压加载排气口21将围压加载装置构成连通回路，用于将液压油泵入围压加载缸18对包裹在防渗透橡胶套27中的测试试样26施加环向静态围压，围压加载排气口21外侧配有围压加载排气口密封塞22用于在围压加载缸内部空气排尽后对其进行密封，静态围压压力大小通过安装在围压加载缸围挡17的右侧围挡上部的围压油表23进行显示；渗透压加载装置主要由左侧渗透压管道24和右侧渗透压管道25构成，其中左侧渗透压管道24和右侧渗透压管道25的孔径和长度均相同，二者分别内置于左侧和右侧应力波加载杆8和16的右端部和左端部并与测试试样加载端面直接接触，渗透压施加时，通过从左侧渗透压管道24注入具有设定压力(0-60MPa)的渗透液，渗透液在渗透压的驱动下通过测试试样26的内部连通的孔网通道从右侧渗透压管道25排出，并维持渗透压恒定在设定值。

动态加载过程，操作电磁脉冲激发控制系统驱动左侧电磁脉冲激发腔5和右侧电磁脉冲激发腔14同步激发并输出相同幅值和持续时长的入射应力波分别沿左右两侧应力波加载杆8和16向测试试样26传播并对其进行动态冲击加载，完成渗透压和静压耦合冲击加载三轴SHPB试验测试；需要说明的是，动态冲击加载过程，轴向和环向静态压力分别在轴压伺服控制加载系统和围压伺服控制加载系统的调控下保持基本不变，从而实现恒定静态轴压和围压条件下的动态三轴冲击加载试验；动态冲击加载过程通过粘贴在左右两侧加载杆中心位置处的电阻应变片10，可实时监测应力波加载杆中入射应变信号和反射应变信号，并将其通过屏蔽导线经由惠斯通电桥传输至信号放大器，应变信号经由信号放大器放大后通过屏蔽导线输出至数据记录仪进行记录和存储，最终再通过数据线将应变信号数据由数据记录仪输出至计算机上进行分析处理。当利用应变片10所监测到的应变信号数据显示渗透压-静压耦合冲击加载三轴SHPB测试过程测试试样26左右两端面所施加的动态压缩荷载基本一致时，可认为测试试样26动态冲击加载过程达到了应力平衡状态，根据一维应力波传播理论，利用应变片10所监测的应变数据，可按照下述公式进行计算，获取测试试样在渗透压-静压耦合冲击加载三轴SHPB试验中的动态压缩强度σ(t)，动态压缩应变率

以及动态应变ε(t)分别为：

其中，E、C和A分别为应力波加载杆的弹性模量、纵波速度与杆的横截面面积；A_s为测试试样26的横截面面积，A_s为测试试样26的长度；ε_左入射和ε_左反射分别为应变片从左侧应力波加载杆8上监测的入射应变信号和反射应变信号，ε_右入射和ε_右反射分别为应变片从右侧应力波加载杆16上监测的入射应变信号和反射应变信号。

此外，需要说明的是，由于渗透压系统的引入，需要在左侧和右侧应力波加载杆8和16靠近测试试样加载端分别设置左侧渗透压管道24和右侧渗透压管道25，由于渗透压传输通道的引入一定程度上改变了圆柱形应力波加载杆的各向同性特征，产生了局部各向异性特征，由此需要校核渗透压传输通道的引入对应力波加载杆上一维应力波传播的影响。通过有限元模拟(以ABAQUS 6.14-5软件为例)计算表明：当渗透压管道的直径小于等于2mm时，渗透压传输通道的引入对应力波加载杆上一维应力波传播的影响小于1％，可以忽略不计，具体来说主要体现在如图9所示，当入射应力波(半正弦波且幅值和波长持续时间分别为200MPa和250μs)从应力波加载杆的左端沿应力波加载杆从左至右传输依次通过杆中左侧和右侧渗透压管道后在监测A点横截面中心点处监测的应力波幅值与完整无渗透压管道应力波加载杆在相同位置处监测的应力波幅值之差小于1％(如图12所示)。

需要说明的是，如图9所述数值模型计算的相关建模及边界条件信息如下：

作为对比，先建立完整的不含渗透压管道应力波传播杆件模型，其中应力波加载杆的长度为3.05m，直径为50mm，材料为均质弹性钛合金，其密度、弹性模量、泊松比和纵波速度分别为4510kg/m3、107.8GPa、0.33和5000m/s，采用四面体网格自由划分的方法对应力波传播杆件模型进行网格划分(局部网格划分结果如图10所示)，划分后模型所得总单元格数目为72832；

随后，在完整应力波传播杆件模型基础上分别建立含有不同直径(分别为2mm、1mm和0.5mm)的渗透压管道数值计算模型，其中各个渗透压传输管道沿应力波加载杆轴线方向的长度均为0.15m，应力波加载杆的长度和直径分别为3.05m和50mm，且应力波加载杆的材质及其参数均与完整应力波传输杆模型相同，依照与所述完整应力波加载杆相同的网格划分方式(含渗透压管道部分网格划分结果如图11所示)，所得含2mm、1mm和0.5mm不同直径渗透压管道的应力波传播杆件模型的网格单元数分别为290850、260999和299936。

最佳实施方式2:完整饱水煤岩在渗透压和静压耦合三轴加载下的动态冲击试验研究

将测试系统相关设备按照如图1-3所示连接方式安置在长、宽、高分别为6m，0.6m和1m的支撑平台1上，各设备之间连接关系及相关功能具体说明如下：以测试煤岩(即测试试样26)为中心，将测试系统按左右对称方式布置在支撑平台1上，先将宽度、高度和厚度分别为600mm，400mm和50mm的左侧轴压加载固定挡板2安置在支撑平台1的左端，其中直径和长度分别为250mm和200mm的左侧轴压加载油缸3穿过左侧轴压加载固定挡板2的中心大圆孔，并与之焊接形成整体结构，左侧轴压加载活塞4的直径为100mm，活塞行程长度为200mm，通过左侧轴压加载油缸3的增压和减压控制左侧轴压加载活塞的移动；随后利用左侧电磁脉冲激发腔支座6将直径和长度分别为200mm和200mm的左侧电磁脉冲激发腔5托起并安置在支撑平台1上，其中左侧电磁脉冲激发腔5的左端部与左侧轴压加载活塞4自由贴合接触，用于将左侧轴压加载油缸3提供的静态轴压通过左侧轴压加载活塞4传递至左侧电磁脉冲激发腔5，左侧电磁脉冲激发腔5右端应力波输出端面直径与应力波加载杆直径相同(50mm)；接着将长度为2m，直径为50mm的TC21钛合金左侧应力波加载杆8平放在应力波加载杆支座9上，并确保左侧应力波加载杆8可在支座上自由滑动，随后将左侧应力波加载杆8的右侧加载端面与长度和直径均为50mm、孔隙率约为20％的完全饱水煤岩(即测试试样26)的左侧加载面对齐并充分贴合在一起，同时将左侧应力波加载杆8的左侧应力波加载端面与左侧电磁脉冲激发腔5的右侧应力波输出端面对齐并充分贴合在一起，其作用主要为一方面用于将传递至左侧电磁脉冲激发腔5的静态轴压进一步传递至左侧应力波加载杆8并最终作用于煤岩(即测试试样26)，另一方面用于将左侧电磁脉冲激发腔5产生的入射应力波输入至左侧应力波加载杆8并沿其轴线方向传播直至给煤岩施加从左至右的动态荷载；同理，右侧系统安置方式与左侧相同，先将宽度、高度和厚度分别为600mm，400mm和50mm的右侧轴压加载固定挡板11安置在支撑平台1的右端，其中直径和长度分别为250mm和200mm的右侧轴压加载油缸12穿过右侧轴压加载固定挡板11的中心大圆孔，并与之焊接形成整体结构，右侧轴压加载活塞13的直径为100mm，活塞行程长度为200mm，通过右侧轴压加载油缸12的增压和减压控制右侧轴压加载活塞的移动；随后利用右侧电磁脉冲激发腔支座15将直径和长度均为200mm的右侧电磁脉冲激发腔14托起并安置在支撑平台1上，其中右侧电磁脉冲激发腔14的右端部与右侧轴压加载活塞13自由贴合接触，用于将右侧轴压加载油缸12提供的静态轴压通过右侧轴压加载活塞13传递至右侧电磁脉冲激发腔14，右侧电磁脉冲激发腔14左端应力波输出端面直径与应力波加载杆直径相同(50mm)；接着将长度为2m，直径为50mm的TC21钛合金右侧应力波加载杆16平放在应力波加载杆支座9上，并确保右侧应力波加载杆16可在支座上自由滑动，随后将右侧应力波加载杆16的左侧加载端面与长度和直径均为50mm、孔隙率约为20％的煤岩(即测试试样26)的右侧加载面对齐并充分贴合在一起，同时将右侧应力波加载杆16的右侧应力波加载端面与右侧电磁脉冲激发腔14的左侧应力波输出端面对齐并充分贴合在一起，其作用主要为一方面用于将传递至右侧电磁脉冲激发腔14的静态轴压进一步传递至右侧应力波加载杆16并最终作用于砂岩试样26，另一方面用于将右侧电磁脉冲激发腔14产生的入射应力波输入至右侧应力波加载杆16并沿其轴线方向传播直至给煤岩施加从右至左的动态荷载；接着利用4根连杆7穿过左侧和右侧轴压加载固定挡板2和11周边的四个小圆孔而将加载系统连接成整体并进而与支撑平台构成一整体框架系统；随后将围压加载装置安置在煤岩外围，其具体安装步骤如下：先取下饱水煤岩，然后在无轴压加载状态下分别将左侧和右侧轴压加载活塞向左右两端推开，从而可将左侧和右侧应力波加载杆8和16分别向左侧和右侧移动，进而为围压加载装置安装腾出空间，随后将如图4-8所示围压加载缸围挡17的左右两侧围挡分别套在左侧和右侧应力波加载杆8和16的加载端两侧，然后将围压加载缸18套在左侧或右侧应力波加载杆上，接着将包裹在防渗透橡胶套(例如26型氟橡胶)27中的饱水煤岩与左侧和右侧应力波加载杆8和16接触，并将煤岩调整至系统对称中心位置，随后通过轴压伺服控制加载系统同步控制左侧和右侧轴压加载油缸3和12缓慢增压驱动左侧和右侧轴压加载活塞4和13分别向右和向左移动，进而驱动左侧和右侧应力波加载杆8和16分别缓慢向右和向左移动夹紧饱水煤岩并为其施加轴向压力，待轴向压力值达到约100KPa时，停止加载并将轴向压力保持恒定，从而确保饱水煤岩以及整个轴向加载系统处于轴向固定状态，接下来将围压加载缸围挡17的左右两侧围挡与围压加载缸18对接并使围压加载缸18处于系统对称中心位置，以便饱水煤岩位于围压加载缸18的中心位置，随后利用连接螺杆19将围压加载缸围挡17和围压加载缸18连接起来并拧紧为一整体结构；至此，完成整个系统连接以及试样安装步骤，随后即可根据试验设计开展相应的加载操作，其具体加载过程如下：首先通过轴压伺服控制加载系统同步控制左侧和右侧轴压加载油缸3和12，使二者重新升压并驱动左侧和右侧轴压加载活塞4和13分别向右和向左移动，进而推动左侧和右侧应力波加载杆8和16分别以设定加载速率为饱水煤岩施加轴向压力，待轴向压力值达到5MPa时，停止加载并利用轴压伺服控制加载系统将轴向压力保持恒定；随后利用围压伺服控制加载系统以设定速率通过围压加载进油口20向围压加载缸18内部泵入抗磨液压油(例如HEX T6002)，待从围压加载排气口21流出液压油时表明围压加载缸内已注满抗磨液压油，此时用围压加载排气口密封塞22拧紧并密封好围压加载排气口21，待安装在围压加载缸围挡17的右侧围挡上部的围压油表23的压力读数达到设定围压值5MPa时，停止加载并利用围压伺服控制加载系统将围向压力保持恒定，从而使得通过防渗透橡胶套(例如26型氟橡胶)27作用在饱水煤岩的环向围压恒定在5MPa；接着利用渗透压加载系统通过左侧渗透压管道24从左侧应力波加载杆一侧给饱水煤岩施加渗透压5MPa，渗透液在渗透压的驱动下通过饱水煤岩的内部连通的孔网通道从右侧渗透压管道25排出，待左侧渗透压管道24和右侧渗透压管道25两端渗透压差维持恒定5MPa不变时，即可认为完成向饱水煤岩施加静态轴压、围压、渗透压的耦合作用条件；随后根据试验设计，操作电磁脉冲激发控制系统驱动左侧电磁脉冲激发腔5和右侧电磁脉冲激发腔14同步激发并输出幅值为300MPa、持续时长为300μs的入射应力波，入射应力波随后分别沿左右两侧应力波加载杆向饱水煤岩传播并对其进行动态冲击加载，完成渗透压和静压耦合三轴加载下的动态冲击试验；需要说明的是，动态冲击加载过程，轴向和环向静态压力分别在轴压伺服控制加载系统和围压伺服控制加载系统的调控下保持基本不变，从而实现恒定静态轴压和围压条件下的的动态三轴冲击加载试验；动态冲击加载过程通过粘贴在左右两侧加载杆中心位置处的电阻应变片10，实时监测应力波加载杆中入射应变信号和反射应变信号，并将其通过屏蔽导线经由惠斯通电桥传输至信号放大器，应变信号经由信号放大器放大后通过屏蔽导线输出至数据记录仪进行记录和存储，最终再通过数据线将应变信号数据由数据记录仪输出至计算机上进行分析处理。当利用应变片10所监测到的应变信号数据显示渗透压和静压耦合冲击加载三轴SHPB测试过程饱水煤岩左右两端面所施加的动态压缩荷载基本一致时，可认为饱水煤岩动态冲击加载过程达到了应力平衡状态，根据一维应力波传播理论，利用应变片10所监测的应变数据，可按照下述公式进行计算，获取饱水煤岩材料在静压5MPa和渗透压5MPa耦合作用下的动态压缩强度σ(t)，动态压缩应变率

以及应变ε(t)分别为：

其中，E、C和A分别为应力波加载杆的弹性模量(107.8GPa)、纵波速度(5000m/s)与杆的横截面面积(1963.5mm²)；A_s为饱水煤岩的横截面面积(1932.2mm²，饱水煤岩的实际直径为49.6mm)，A_s为饱水煤岩的长度(50mm)；ε_左入射和ε_左反射分别为应变片从左侧应力波加载杆8上监测的入射应变信号和反射应变信号，ε_右入射和ε_右反射分别为应变片从右侧应力波加载杆16上监测的入射应变信号和反射应变信号。

最佳实施方式3:含中心圆柱孔页岩在静压和孔内压耦合三轴加载下的动态冲击试验研究

将测试系统相关设备按照如图1-3所示连接方式安置在长、宽、高分别为6m，0.6m和1m的支撑平台1上，各设备之间连接关系及相关功能具体说明如下：以测试页岩(即测试试样26)(含中心直径为8mm的圆柱孔28，如图12-15所示)为中心，将测试系统按左右对称方式布置在支撑平台1上，先将宽度、高度和厚度分别为600mm，400mm和50mm的左侧轴压加载固定挡板2安置在支撑平台1的左端，其中直径和长度分别为250mm和200mm的左侧轴压加载油缸3穿过左侧轴压加载固定挡板2的中心大圆孔，并与之焊接形成整体结构，左侧轴压加载活塞4的直径为100mm，活塞行程长度为200mm，通过左侧轴压加载油缸3的增压和减压控制左侧轴压加载活塞的移动；随后利用左侧电磁脉冲激发腔支座6将直径和长度分别为200mm和200mm的左侧电磁脉冲激发腔5托起并安置在支撑平台1上，其中左侧电磁脉冲激发腔5的左端部与左侧轴压加载活塞4自由贴合接触，用于将左侧轴压加载油缸3提供的静态轴压通过左侧轴压加载活塞4传递至左侧电磁脉冲激发腔5，左侧电磁脉冲激发腔5右端应力波输出端面直径与应力波加载杆直径相同(50mm)；接着将长度为2m，直径为50mm的TC21钛合金左侧应力波加载杆8平放在应力波加载杆支座9上，并确保左侧应力波加载杆8可在应力波加载杆支座9上自由滑动，随后将左侧应力波加载杆8的右侧加载端面与长度和直径均为50mm的含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩(即测试试样26)的左侧加载面对齐并充分贴合在一起，同时将左侧应力波加载杆8的左侧应力波加载端面与左侧电磁脉冲激发腔5的右侧应力波输出端面对齐并充分贴合在一起，其作用主要为一方面用于将传递至左侧电磁脉冲激发腔5的静态轴压进一步传递至左侧应力波加载杆8并最终作用于含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩，另一方面用于将左侧电磁脉冲激发腔5产生的入射应力波输入至左侧应力波加载杆8并沿其轴线方向传播直至给含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩施加从左至右的动态荷载；同理，右侧系统安置方式与左侧相同，先将宽度、高度和厚度分别为600mm，400mm和50mm的右侧轴压加载固定挡板11安置在支撑平台1的右端，其中直径和长度分别为250mm和200mm的右侧轴压加载油缸12穿过右侧轴压加载固定挡板11的中心大圆孔，并与之焊接形成整体结构，右侧轴压加载活塞13的直径为100mm，活塞行程长度为200mm，通过右侧轴压加载油缸12的增压和减压控制右侧轴压加载活塞的移动；随后利用右侧电磁脉冲激发腔支座15将直径和长度均为200mm的右侧电磁脉冲激发腔14托起并安置在支撑平台1上，其中右侧电磁脉冲激发腔14的右端部与右侧轴压加载活塞13自由贴合接触，用于将右侧轴压加载油缸12提供的静态轴压通过右侧轴压加载活塞13传递至右侧电磁脉冲激发腔14，右侧电磁脉冲激发腔14左端应力波输出端面直径与应力波加载杆直径相同(50mm)；接着将长度为2m，直径为50mm的TC21钛合金右侧应力波加载杆16平放在应力波加载杆支座9上，并确保右侧应力波加载杆16可在应力波加载杆支座9上自由滑动，随后将右侧应力波加载杆16的左侧加载端面与长度和直径均为50mm的含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩的右侧加载面对齐并充分贴合在一起，同时将右侧应力波加载杆16的右侧应力波加载端面与右侧电磁脉冲激发腔14的左侧应力波输出端面对齐并充分贴合在一起，其作用主要为一方面用于将传递至右侧电磁脉冲激发腔14的静态轴压进一步传递至右侧应力波加载杆16并最终作用于含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩，另一方面用于将右侧电磁脉冲激发腔14产生的入射应力波输入至右侧应力波加载杆16并沿其轴线方向传播直至给含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩施加从右至左的动态荷载；接着利用4根连杆7穿过左侧和右侧轴压加载固定挡板2和11周边的四个小圆孔而将加载系统连接成整体并进而与支撑平台构成一整体框架系统；随后将围压加载装置安置在含中心圆柱孔28的页岩试样外围，其具体安装步骤如下：先取下含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩，然后在无轴压加载状态下分别将左侧和右侧轴压加载活塞向左右两端推开，从而可将左侧和右侧应力波加载杆8和16分别向左侧和右侧移动，进而为围压加载装置安装腾出空间，随后将如图4-8所示围压加载缸围挡17的左右两侧围挡分别套在左侧和右侧应力波加载杆8和16的加载端两侧，然后将围压加载缸18套在左侧或右侧应力波加载杆上，接着将包裹在防渗透橡胶套(例如26型氟橡胶)27中的含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩与左侧和右侧应力波加载杆8和16接触，并将页岩试样调整至系统对称中心位置，随后通过轴压伺服控制加载系统同步控制左侧和右侧轴压加载油缸3和12缓慢增压驱动左侧和右侧轴压加载活塞4和13分别向右和向左移动，进而驱动左侧和右侧应力波加载杆8和16分别缓慢向右和向左移动夹紧含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩并为其施加轴向压力，待轴向压力值达到约100KPa时，停止加载并将轴向压力保持恒定，从而确保含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩以及整个轴向加载系统处于轴向固定状态，接下来将围压加载缸围挡17的左右两侧围挡与围压加载缸18对接并使围压加载缸18处于系统对称中心位置，以便含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩位于围压加载缸18的中心位置，随后利用连接螺杆19将围压加载缸围挡17和围压加载缸18连接起来并拧紧为一整体结构；至此，完成整个系统连接以及试样安装步骤，随后即可根据试验设计开展相应的加载操作，其具体加载过程如下：首先通过轴压伺服控制加载系统同步控制左侧和右侧轴压加载油缸3和12，使二者重新升压并驱动左侧和右侧轴压加载活塞4和13分别向右和向左移动，进而推动左侧和右侧应力波加载杆8和16分别以设定加载速率为含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩施加轴向压力，待轴向压力值达到30MPa时，停止加载并利用轴压伺服控制加载系统将轴向压力保持恒定；随后利用围压伺服控制加载系统以设定速率通过围压加载进油口20向围压加载缸18内部泵入抗磨液压油(例如HEX T6002)，待从围压加载排气口21流出液压油时表明围压加载缸内已注满抗磨液压油，此时用围压加载排气口密封塞22拧紧并密封好围压加载排气口21，待安装在围压加载缸围挡17的右侧围挡上部的围压油表23的压力读数达到设定围压值30MPa时，停止加载并利用围压伺服控制加载系统将围向压力保持恒定，从而使得通过防渗透橡胶套(例如26型氟橡胶)27作用在含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩的环向围压恒定在30MPa；接着利用渗透压加载系统通过左侧渗透压管道24和右侧渗透压管道25给含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩施加内压10MPa，待中心圆柱孔28的内压恒定为10MPa时，完成向含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩施加静态轴压、围压和孔内压的耦合作用条件；随后根据试验设计，操作电磁脉冲激发控制系统驱动左侧电磁脉冲激发腔5和右侧电磁脉冲激发腔14同步激发并输出幅值为500MPa、持续时长为400μs的入射应力波，入射应力波随后分别沿左右两侧应力波加载杆向含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩传播并对其进行动态冲击加载，完成静压和孔内压耦合冲击加载三轴SHPB测试试验；需要说明的是，动态冲击加载过程，轴向和环向静态压力分别在轴压伺服控制加载系统和围压伺服控制加载系统的调控下保持基本不变，从而实现恒定静态轴压和围压条件下的的动态三轴冲击加载试验；动态冲击加载过程通过粘贴在左右两侧加载杆中心位置处的电阻应变片10，可实时监测应力波加载杆中入射应变信号和反射应变信号，并将其通过屏蔽导线经由惠斯通电桥传输至信号放大器，应变信号经由信号放大器放大后通过屏蔽导线输出至数据记录仪进行记录和存储，最终再通过数据线将应变信号数据由数据记录仪输出至计算机上进行分析处理。当利用应变片10所监测到的应变信号数据显示静压和孔内压耦合冲击加载三轴SHPB测试过程含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩左右两端面所施加的动态压缩荷载基本一致时，可认为含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩动态冲击加载过程达到了应力平衡状态，根据一维应力波传播理论，利用应变片10所监测的应变数据，可按照下述公式进行计算，获取含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩在静压30MPa和中心圆柱孔内压10MPa耦合作用下的动态压缩强度σ(t)，动态压缩应变率

以及应变ε(t)分别为：

其中，E、C和A分别为应力波加载杆的弹性模量107.8GPa)、纵波速度(5000m/s) 与杆的横截面面积(1963.5mm²)；A_s为含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩的横截面面积(1881.94mm²，直径为50mm)，A_s为含中心直径为8mm的圆柱孔28的页岩的长度(50mm)；ε_左入射和ε_左反射分别为应变片从左侧应力波加载杆8上监测的入射应变信号和反射应变信号，ε_右入射和ε_右反射分别为应变片从右侧应力波加载杆16上监测的入射应变信号和反射应变信号。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：

其包括支撑平台(1)、左侧轴压加载固定挡板(2)、左侧轴压加载油缸(3)、左侧轴压加载活塞(4)、左侧电磁脉冲激发腔(5)、左侧电磁脉冲激发腔支座(6)、连杆(7)、左侧应力波加载杆(8)、应力波加载杆支座(9)、电阻应变片(10)、右侧轴压加载固定挡板(11)、右侧轴压加载油缸(12)、右侧轴压加载活塞(13)、右侧电磁脉冲激发腔(14)、右侧电磁脉冲激发腔支座(15)、右侧应力波加载杆(16)、围压加载缸围挡(17)、围压加载缸(18)、连接螺杆(19)、围压加载进油口(20)、围压加载排气口(21)、围压加载排气口密封塞(22)、围压油表(23)、左侧渗透压管道(24)、右侧渗透压管道(25)、测试试样(26)及橡胶套(27)；

装置以测试试样(26)为中心，呈左右对称形式布置，其中左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)分别固定于支撑平台(1)的左右两端，左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)中心和四周分别设置中心安装孔和四周安装孔，左侧轴压加载油缸(3)和右侧轴压加载油缸(12)分别穿过左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)的中心安装孔，并与之焊接形成整体结构，此外，左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)通过连杆(7)穿过其四周安装孔而将二者连接成整体并进而与支撑平台(1)构成一整体框架系统；左侧电磁脉冲激发腔(5)由左侧电磁脉冲激发腔支座(6)支撑并安置在支撑平台(1)上，其中左侧电磁脉冲激发腔(5)的左端部与左侧轴压加载活塞(4)自由贴合接触，用于将左侧轴压加载油缸(3)提供的静态轴压通过左侧轴压加载活塞(4)传递至左侧电磁脉冲激发腔(5)；左侧应力波加载杆(8)由应力波加载杆支座(9)支撑并安置在支撑平台(1)上，其中左侧应力波加载杆(8)的左端部与左侧电磁脉冲激发腔(5)的右端面自由贴合接触，一方面用于将传递至左侧电磁脉冲激发腔(5)的静态轴压进一步传递至左侧应力波加载杆(8)并最终作用于测试试样(26)，另一方面用于将左侧电磁脉冲激发腔(5)产生的入射应力波输入至左侧应力波加载杆(8)并沿其轴线方向传播直至给测试试样(26)施加从左至右的动态荷载；

同理，右侧电磁脉冲激发腔(14)由右侧电磁脉冲激发腔支座(15)支撑并安置在支撑平台(1)上，其中右侧电磁脉冲激发腔(14)的右端部与右侧轴压加载活塞(13)自由贴合接触，用于将右侧轴压加载油缸(12)提供的静态轴压通过右侧轴压加载活塞(13)传递至右侧电磁脉冲激发腔(14)；右侧应力波加载杆(16)由应力波加载杆支座(9)支撑并安置在支撑平台(1)上，其中右侧应力波加载杆(16)的右端部与右侧电磁脉冲激发腔(14)的左端面自由贴合接触，一方面用于将传递至右侧电磁脉冲激发腔(14)的静态轴压进一步传递至右侧应力波加载杆(16)并最终作用于测试试样(26)，另一方面用于将右侧电磁脉冲激发腔(14)产生的入射应力波输入至右侧应力波加载杆(16)并沿其轴线方向传播直至给测试试样(26)施加从右至左的动态荷载；

左侧应力波加载杆(8)和右侧应力波加载杆(16)上设置电阻应变片(10)；

围压加载缸围挡(17)、围压加载缸(18)、连接螺杆(19)、围压加载进油口(20)、围压加载排气口(21)、围压加载排气口密封塞(22)以及围压油表(23)构成围压加载装置，其中围压加载缸围挡(17)的中心和四周分别设置有中心安装孔和四周安装孔，用于分别将左侧应力波加载杆(8)和右侧应力波加载杆(16)穿过中心安装孔伸入围压加载缸(18)的内部与测试试样(26)接触，连接螺杆(19)通过围压加载缸围挡四周安装孔将围压加载缸围挡(17)和围压加载缸(18)连接为一整体结构并安置在支撑平台(1)上，此外，右侧的围压加载缸围挡(17)的中心安装孔下部和上部分别设有围压加载进油口(20)和围压加载排气口(21)，通过围压加载进油口(20)和围压加载排气口(21)将围压伺服控制加载系统构成连通回路，用于将液压油泵入围压加载缸(18)对包裹在橡胶套(27)中的测试试样(26)施加环向静态围压，围压加载排气口(21)外侧配有围压加载排气口密封塞(22)用于在围压加载缸(18)内部空气排尽后对其进行密封；

渗透压加载装置包括左侧渗透压管道(24)和右侧渗透压管道(25)，其中左侧渗透压管道(24)和右侧渗透压管道(25)的孔径和长度均相同，二者分别内置于左侧应力波加载杆(8)的右端部和右侧应力波加载杆(16)的左端部，并与测试试样加载端面直接接触，渗透压施加时，通过从左侧渗透压管道(24)注入具有设定压力的渗透液，渗透液在渗透压的驱动下通过测试试样(26)的内部连通的孔网通道从右侧渗透压管道(25)排出，并维持渗透压恒定在设定值。

2.根据权利要求1所述的渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：所述左侧轴压加载固定挡板(2)、右侧轴压加载固定挡板(11)、围压加载缸围挡(17)三者的中心安装孔和四周安装孔均为圆形孔。

3.根据权利要求1所述的渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)通过四根连杆(7)穿过其周边的四个小圆孔而将二者连接成整体并进而与支撑平台构成一整体框架系统。

4.根据权利要求1所述的渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：围压加载缸围挡(17)的中心安装孔的直径比应力波加载杆直径大1±0.1mm。

5.根据权利要求1所述的渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：左侧应力波加载杆(8)和右侧应力波加载杆(16)中心位置处设置电阻应变片(10)。

6.根据权利要求1所述的渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：围压加载缸围挡(17)的右侧围挡上部设置所述围压油表(23)。

7.根据权利要求1所述的渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：左侧应力波加载杆(8)和右侧应力波加载杆(16)能够在应力波加载杆支座(9)上自由滑动。

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