一种模拟球面波在岩体中传播的实验装置及实验方法

1.本发明涉及岩石动力学实验技术领域，特别是涉及一种模拟球面波在岩体中传播的实验装置及实验方法。


背景技术：

2.随着我国深部金属矿山开采、西部水利水电与交通工程建设的大规模推进，由于构造活动强烈、地质条件复杂、地应力高，深部工程安全开挖(开采)过程中的爆破破岩机制是需要重点弄清的关键科学问题。其中，高应力条件下岩体爆破问题日益受到国内外学者重视，人们采用试验、理论分析和数值模拟等方法对高地应力岩体爆破过程进行研究。在现阶段已有很多针对于平面应力波情况的研究，而当波阵面为曲面的情况，如柱面波和球面波，研究尚不成熟。在许多实际工程爆破问题中，会遇到在球形腔壁或柱形腔壁上受到爆炸载荷等情况的问题，需要将这些问题处理为球面波或柱面波的传播问题，现有实验装置中没有针对模拟球面波在岩体中传播的实验装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明提出一种模拟球面波在岩体中传播的实验装置及实验方法。
4.根据本发明第一方面实施例的模拟球面波在岩体中传播的实验装置，包括：可拆卸的实验箱，所述实验箱具有空腔，待实验的岩体设于所述空腔中，所述实验箱紧密包裹所述岩体，所述岩体的表面以及所述岩体内埋置地设有应变位移传感器，所述实验箱相对的两侧均对称的设有撞击机构，所述撞击机构包括具有半球弧面的撞击块，所述撞击块可直接撞击所述岩体的表面。
5.根据本发明第二方面实施例的模拟球面波在岩体中传播的实验方法，包括如下步骤：
6.1)在所述空腔中浇筑石膏，以制作成待实验的所述岩体，所述岩体的表面和所述岩体内埋置地设置所述应变位移传感器；
7.2)设置所述固定调节结构以对所述岩体进行固定并控制压力；
8.3)将制作安装好的所述模拟球面波在岩体中传播的实验装置放置在水平实验台上；
9.4)所述应变位移传感器电连接至计算机，启动应变位移传感器；
10.5)启动撞击机构对所述岩体进行球面波撞击实验，计算机记录应变位移传感器反馈的数据；
11.6)重复步骤2)至步骤5)，获得多组数据。
12.有益效果：通过在实验箱空腔中设置岩体样品，岩体内设置应变位移传感器，实验箱相对的两侧设置具有半球弧面的撞击的撞击机构对岩体进行球面波撞击，从而实现了针对球面波在岩体中传播的实验，具有结构简单，易操作等优点。
13.在本发明的一些实施例中，所述模拟球面波在岩体中传播的实验装置还包括围梁，所述实验箱固设于所述围梁内，所述实验箱中除了设有撞击机构的两侧，其他各侧与所述围箱之间均设有固定调节结构。
14.在本发明的一些实施例中，所述撞击机构包括动力结构以及连接结构，所述连接结构的一侧与所述动力结构固接，相对的另一侧与所述撞击块可拆卸地固接。
15.在本发明的一些实施例中，所述连接结构包括第二连接杆以及至少两个相互平行且间隔设置的第一连接杆，其中两个所述第一连接杆的一端均与所述动力结构固接，另一端分别与所述第二连接杆的两端固接。
16.在本发明的一些实施例中，所述撞击块可拆卸地固接于所述第二连接杆，所述撞击块指向所述岩体的中心设置。
17.在本发明的一些实施例中，所述实验箱在设有所述撞击机构的两侧均具有用于所述第二连接杆穿过的腔体。
18.在本发明的一些实施例中，所述第一连接杆垂直于所述第二连接杆；
19.或，所述第一连接杆与所述第二连接杆之间的夹角为锐角或钝角。
20.在本发明的一些实施例中，所述第一连接杆与所述第二连接杆通过固定器固接。
21.在本发明的一些实施例中，所述动力结构为气压装置，所述固定调节结构为千斤顶。
附图说明
22.下面结合附图对本发明作进一步说明，显而易见地，下面描述中的附图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。
23.图1是本发明实施例的正视结构示意图；
24.图2是本发明实施例的俯视结构示意图；
25.图3是本发明实施例的侧视结构示意图；
26.图4是本发明实施例撞击机构的结构示意图；
27.图5是本发明实施例腔体的示意图。
28.图中：实验箱10、空腔11、岩体12、腔体13、撞击块21、动力结构22、第一连接杆23、第二连接杆24、固定器25、围梁30、固定调节结构40。
具体实施方式
29.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
30.需要理解的是，本文中，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“顶”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本文中，术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本文中，如果有描述到“若干”、“多个”，若干的含义是
一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
31.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
32.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
33.参照图1至图5，本发明提出一种模拟球面波在岩体中传播的实验装置及实验方法。
34.本发明第一方面实施例的模拟球面波在岩体中传播的实验装置，包括：可拆卸的实验箱10以及围梁30，实验箱10具有空腔11，待实验的岩体12设于空腔11中，实验箱10紧密包裹岩体12，岩体12的表面以及岩体12内埋置地设有应变位移传感器，实验箱10相对的两侧均对称的设有撞击机构，撞击机构包括具有半球弧面的撞击块21，撞击块21可直接撞击岩体12的表面。实验箱10固设于围梁30内，实验箱10中除了设有撞击机构的两侧，其他各侧与围箱之间均设有固定调节结构40。优选地，埋置在岩体12内的应变位移传感器设置多个，多个应变位移传感器沿岩体12的高度方向均匀分布。优选地，撞击块21的材质为金属材质。
35.进一步地，撞击机构包括动力结构22以及连接结构，连接结构的一侧与动力结构22固接，相对的另一侧与撞击块21可拆卸地固接。
36.进一步地，连接结构包括第二连接杆24以及至少两个相互平行且间隔设置的第一连接杆23，其中两个第一连接杆23的一端均与动力结构22固接，另一端分别与第二连接杆24的两端固接。第二连接杆24设置为两个时，两个第二连接杆24分别与第一连接杆23的两端固接。第二连接杆24设置为三个以上时，例如为三个或四个或五个，其中两个第二连接杆24分别与第一连接杆23的两端固接，其余的第二连接杆24在连接第一连接杆23的两个第二连接杆24之间的间隔距离均匀布设，例如当第二连接杆24设置为三个时，其剩下的一个第二连接杆24位于在第一连接杆23的中部。
37.优选地，撞击块21可拆卸地固接于第二连接杆24，撞击块21指向岩体12的中心设置。进一步优选地，撞击块21通过螺栓可拆卸地固接于第二连接杆24。
38.在进行撞击实验时，岩体12制作存在体积较小的情况发生，即岩体12的外边缘不与实验箱10的边缘平齐，而是在实验箱10内且与实验箱10的边缘具有间距，因此，实验箱10在设有撞击机构的两侧均具有用于第二连接杆24穿过的腔体13，在进行撞击实验时，即使岩体12体积小，第二连接杆24也可在腔体13中穿过，穿入撞击岩体12以及穿出复位。
39.优选地，第一连接杆23垂直于第二连接杆24；
40.或，第一连接杆23与第二连接杆24之间的夹角为锐角或钝角。
41.在本发明其他一些的实施例中，第一连接杆23与第二连接杆24通过固定器25固接或者直接焊接。
42.优选地，动力结构22为气压装置，固定调节结构40为千斤顶。进一步优选地，动力结构22为气缸，第一连接杆23与气缸的推杆固接。优选地，第一连接杆23设在空腔11的外部。
43.优选地，岩体12与撞击块21的接触面具有与撞击块21的半球弧面形状大小相同的承接窝，撞击块21的弧面撞击至承接窝，避免因撞击块21的弧面原因导致撞击偏差。
44.本发明第二方面实施例的模拟球面波在岩体中传播的实验方法，采用本发明第一方面实施例的模拟球面波在岩体中传播的实验装置，包括如下步骤：
45.1)在空腔11中浇筑石膏，以制作成待实验的岩体12，岩体12的表面和岩体12内埋置地设置应变位移传感器；
46.2)设置固定调节结构40以对岩体12进行固定并控制压力；
47.3)将制作安装好的实验装置放置在水平实验台上；
48.4)应变位移传感器电连接至计算机，启动应变位移传感器；
49.5)启动撞击机构对岩体12进行球面波撞击实验，计算机记录应变位移传感器反馈的数据；
50.6)重复步骤2)至步骤5)，获得多组数据。
51.在启动撞击机构时，使撞击块21以一定的速度快速的向岩体12运动，产生一个入射脉冲沿撞击块21半球弧面向岩体12传播，由于撞击块21与岩体12以特殊的半球弧面紧密接触，弧面会将冲击载荷转换成沿弧面切线垂直方向的应力波，此时撞击块21则会给整个岩体12试样施加球面波，以对在岩体12中球面波传播规律进行检测。在实验时，可通过调节动力结构22发射的速度实现撞击块21不同的入射速度，可通过设置不同半球弧面直径的撞击块21和撞击块21的材质来调整和控制产生球面波的强度。
52.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，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。