一种基于岩石流变扰动效应实验仪的动力冲击装置的制作方法

本实用新型涉及一种岩石动力学实验中的冲击扰动装置，尤其涉及一种基于岩石流变扰动效应实验仪的动力冲击装置。

背景技术：

岩石流变扰动效应实验仪是一种用于研究岩石在流变阶段受外部扰动载荷影响下动力学特性的仪器，其主要包括静力加载和动力加载两套系统。静力加载系统主要是将重砣的重力载荷经过两级扩力系统作用于岩石试件上，对岩石试件施加长期的恒定静载压力，待岩石试件进入稳定流变阶段后再施加动力冲击载荷。动力加载系统中冲击载荷的加载方式主要通过冲击砝码钢环2沿传力轴1自由下落撞击实验仪上承压板3的方式来实现，如图1所示，砝码钢环2每个质量为5kg或10kg，通过不同数量的组合以及不同的自由下落高度，可以对上承压板3施加不同强度的冲击载荷。

然而该种冲击装置存在以下几点主要问题：

(1)、冲击载荷强度不能精确控制

由于每个砝码钢环2的净重是固定的(5kg或10kg)，所以在砝码钢环2重量的组合上只能以5的倍数来调节，不能实现取值的精确性和灵活性。另外，砝码钢环2的下落高度受限于传力轴1的高度，在高度的选则上具有一定的局限性。

(2)、冲击耗散，能量不集中

砝码钢环2自由下落至上承压板3时，由于砝码钢环2与上承压板3之间的接触面积较大，导致砝码钢环2下落所产生的冲击能量会向上承压板3四周扩散，无法集中传递至岩石试件4上，造成冲击能量的损耗，给试验带来一定的误差。

(3)、冲击载荷不稳定

由于叠加组合的砝码钢环2不是一体式结构，每个砝码钢环2之间存在相互作用，同时这种非一体式的叠加方式会使得砝码钢环2和传力轴1之间产生摩擦，甚至相互碰撞，造成一定的能量损耗，使得预设的载荷大小与实际作用在岩石试件4上的载荷大小有出入，无法保证试验过程中冲击载荷的稳定性，对试验结果造成一定的影响。

因此，为了得到更加精确的实验结果，现有实验仪的动力加载装置还有待于更进一步的改进和完善。

技术实现要素：

本实用新型为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种基于岩石流变扰动效应实 验仪的动力冲击装置，以提高对冲击载荷大小的精确控制、减少冲击载荷的能量耗散、以及使冲击波在承压板与岩石试件内的稳定传播，进一步改善实验仪的冲击精确度。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于岩石流变扰动效应实验仪的动力冲击装置，包括自上而下依次设置的上承压板、岩石试件和下承压板，所述动力冲击装置还包括动力冲击机构和空腔柱，空腔柱设置在上承压板的顶端，动力冲击机构包括冲击弹头和用于发射冲击弹头的动力部，动力部位于空腔柱的上方，动力部上设置有冲击弹头发射端，空腔柱内沿其轴向开设有供冲击弹头滑行的空腔轨道，冲击弹头发射端正对空腔轨道。

所述冲击弹头的外侧面设置有提升杆，空腔柱的一侧开设有供提升杆上下移动的提升杆滑槽，提升杆滑槽的内径大于提升杆的外径，空腔轨道的内径大于冲击弹头的外径。

所述冲击弹头由实心钢制材料铸成，冲击弹头分上下两个部分，其上部呈圆柱状，下部为梭式结构。

所述空腔轨道内及提升杆滑槽内均涂抹有黄油。

所述动力冲击装置还包括扰动冲击波监测接收装置，扰动冲击波监测接收装置包括计算机和设置在岩石试件的底端面与下承压板的顶端面之间的波形接收器。

所述岩石试件的表面贴有应变片，应变片通过导线与上述计算机相连。

所述动力部包括空气炮、电动发射器或机械式发射机。

所述下承压板的底端连接有下端活柱，下端活柱的下方连接有用于伸缩下端活柱的油缸。

由于采用了上述技术方案，本实用新型所取得的有益效果为：

1、本实用新型通过动力部提供冲击动能之后，可以精确的控制冲击扰动载荷的大小，不再受限于砝码钢环的重量及传力轴的高度，只需调节电流大小(电动发射器)或气压的大小(空气炮)等就能准确获得想要的冲击载荷数值。

2、本实用新型采用的小型冲击弹头为钢制实心体，一方面提高了弹头的抗磨损性，另一方面减小了与上承压板之间的接触面积，使得冲击能量能够集中于一处，减少能量的损耗，进而提高冲击载荷的精确度，也有利于形成的冲击波在承压板以及岩石试件内的稳定传播。

3、本实用新型将原本的实心传力轴改为空腔柱结构之后，给冲击弹头提供了一个稳定的滑行轨道，提高了冲击过程中的稳定性，使得设置的冲击载荷大小与通过岩石试件的冲击波大小趋于一致，提高了试验的准确性。

4、本实用新型中空腔柱一侧的滑槽和冲击弹头的提升杆设计方便于试验的反复进行，同时相比于原来的砝码钢环结构轻便许多，使得实验人员操作更加便利。

5、本实用新型中的扰动冲击波监测接收装置可以实时监测每次冲击时通过岩石试件的冲 击载荷的大小和稳定性，以便于随时进行误差分析和冲击载荷进行调整。

附图说明

图1为岩石流变扰动效应实验仪的原有动力冲击装置图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型中空腔柱的轴测图。

图4为本实用新型中空腔柱的断面图。

图5为本实用新型中冲击弹头及提升杆的轴测图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图2至图5所示，一种基于岩石流变扰动效应实验仪的动力冲击装置，包括自上而下依次设置的上承压板9、岩石试件10和下承压板11，下承压板11的底端连接有下端活柱12，下端活柱12的下方连接有用于伸缩下端活柱12的油缸13。

所述动力冲击装置还包括动力冲击机构和空腔柱8，空腔柱8设置在上承压板9的顶端，空腔柱8为钢制材料，其长为300～400mm，直径为50～60mm；动力冲击机构包括冲击弹头7和用于发射冲击弹头的动力部5，冲击弹头7由实心钢制材料铸成，冲击弹头7分上下两个部分，其上部为圆柱体，圆柱体高30～40mm，下部为梭式结构，该梭式结构高10～20mm；动力部5可选用空气炮、电动发射器或机械式发射机等，动力部5位于空腔柱8的上方，动力部5上设置有冲击弹头发射端，所述空腔柱8内沿其轴向开设有供冲击弹头7滑行的空腔轨道16，冲击弹头发射端正对空腔轨道16，空腔柱8的结构设计能够将冲击能量集中于一点，减少能量波的向外扩散，达到精确接收能量波的效果；冲击弹头7的外侧面设置有圆柱形的提升杆6，便于提升冲击弹头7，进行反复试验，空腔柱8的一侧开设有供提升杆6上下移动的提升杆滑槽14，提升杆滑槽14的内径大于提升杆6的外径，空腔轨道16的内径大于冲击弹头7的外径，所述空腔轨道16内及提升杆滑槽14内均涂抹有黄油，以减少冲击弹头7与空腔轨道16之间的摩擦。

所述动力冲击装置还包括扰动冲击波监测接收装置，通过波形振幅来测量通过岩石试件10的具体的扰动荷载大小及能量的耗散，扰动冲击波监测接收装置包括计算机和设置在岩石试件10的底端面与下承压板11的顶端面之间的波形接收器15；所述岩石试件10的表面贴有应变片，应变片通过导线与上述计算机相连。

空气炮、电动发射器和机械式发射机等冲击载荷施加结构分别以压缩空气、电能或者机械做功为冲击弹头7提供动能，具有冲击强度精确控制的功能，通过调整冲击气压大小、电 流大小以及机械动力装置等，能够实现冲击载荷的准确控制，并通过岩石试件10下部的冲击波接收装置能够实时监测冲击扰动载荷的大小及稳定性。

为了更详尽的说明本实用新型的装置，以下列举更为详尽的实施例来说明本实用新型装置的具体运用。

实验开始前，在实验室制作好岩石试件10，并且在岩石试件10表面贴好测试用的应变片，之后对岩石试件10进行密封处理，在岩石试件10上包裹一层塑料薄膜，用电吹风烘烤，使薄膜密贴在岩石试件10的表面以保证岩石试件10的含水量基本不变。

岩石试件10准备完毕之后，将小型冲击弹头7沿提升杆滑槽14提升固定在动力部5下方，调整好冲击弹头7的位置，使提升杆6与提升杆滑槽14处于同一竖直方向，使其能够准确的在空腔柱8内的空腔轨道16活动。

接着将岩石试件10放置于上承压板9和波形接收器15之间的中心位置处，用导线将应变片与计算机连接，波形接收器15与计算机相连，至此整个准备工作完毕。

实验开始，先通过静力加载系统将重砣的重力载荷经过两级扩力系统作用于岩石试件10上，对岩石试件10施加长期的恒定静载压力，使岩石试件10承受的压力达到预设压力，进入稳定流变状态。

待岩石试件10进入稳定流变状态之后，进行动力载荷加载实验。控制动力装置，预设一定的冲击载荷强度值，对冲击弹头7进行冲击，使其脱离动力部5，沿着空腔轨道16滑行，直至撞击到上承压板9上，冲击载荷以冲击波的形式传递到岩石试件10上，最后传递到岩石试件10下方的波形接收器15上，通过读取振幅大小，以实时监测实验过程中冲击波的大小及稳定性。

冲击结束后，通过小型冲击弹头7上的提升杆6将冲击弹头7提升至动力部5处，重新进行固定，重复实验，直至冲击实验结束。

简而言之，可将上述具体操作步骤简化为如下步骤：

步骤1、试验开始前，首先将冲击弹头7沿空腔柱8的提升杆滑槽14提升，将冲击弹头7安装在动力部5的冲击弹头发射端上；

步骤2、通过岩石流变扰动实验仪的静力加载系统对岩石试件10进行静力加载，使其处于稳定的流变状态；

步骤3、控制动力部5，预先调节至一定的冲击强度值，然后发射冲击弹头7使其以设定强度值冲击上承压板9，以冲击波的形式对流变状态下的岩石试件10进行扰动；

步骤4、冲击结束后，通过提升杆6将冲击弹头7提升至动力部5处，进行固定，以便准备下一次冲击试验。

本实用新型工艺操作简单，简化了试验操作流程，实现了对冲击载荷的精确控制，避免了冲击能量耗散，使得实验结果更加准确，并且在一定程度上提高了冲击实验过程中冲击载荷的稳定性，相比于原有动力加载系统具有操作简单、精确度高、冲击稳定等优点。

本实用新型中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型的精神所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。