一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统的制作方法

一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统，涉及深部巷道爆破开挖【技术领域】，为了解爆破荷载对深部邻近深部巷道围岩原始裂纹群的影响，从而对深部邻近深部巷道安全距离的确定以及深部巷道经济合理的支护提供依据而发明。其包括：试块支架；在试块上的模拟深部巷道周边有预制裂纹，在模拟深部巷道外围有炮孔用于装炸药；爆炸加载装置，用于对所述炸药进行起爆；围压加载装置，用于对试块外围加围压；数据采集装置，用于在起爆的同时，对模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采集；数据分析装置，用于对采集的损伤状况进行分析，获得爆破对模拟深部巷道周边损伤的影响数据。本实用新型适用于深部巷道爆破诱灾的模拟实验。
【专利说明】一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及深部巷道爆破开挖【技术领域】，尤其涉及一种用于模拟深部巷道爆 破诱发灾害的实验系统。
【背景技术】
[0002]钻爆法在井巷工程的施工中起着着举足轻重的作用，但同时，爆破开挖深部巷道 也会带来负面影响。如在邻近深部巷道附近爆破开挖新的并行深部巷道时，由于深部巷道 围岩中存在原始缺陷，爆破荷载必然会对邻近深部巷道围岩造成损伤，甚至诱发冲击灾害。

【发明内容】

[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害 的实验系统，能够了解爆破荷载对邻近深部巷道围岩原始裂纹群的影响，便于对邻近深部 巷道安全距离的确定以及深部巷道经济合理的支护提供依据。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统的 实施例采用如下技术方案:
[0005]一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统，包括:试块支架，用于放置或悬 挂试块；其中，所述试块的局部位置处开设有模拟深部巷道，并在所述模拟深部巷道周边的 预定位置处形成有预制裂纹，在所述试块上位于所述模拟深部巷道外围的预定位置处开设 有炮孔用于装设炸药；爆炸加载装置，用于对所述炸药进行起爆；围压加载装置，用于对放 置或悬挂在所述试块支架上的试块外围加设围压；数据采集装置，用于在所述爆炸加载装 置对所述炸药进行起爆的同时，对所述试块上的模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采 集；数据分析装置，用于对所述数据采集装置采集的所述模拟深部巷道周边的损伤状况进 行分析，获得所述爆破对所述模拟深部巷道周边损伤的影响数据。
[0006]进一步地，所述爆炸加载装置包括:起爆器以及连接所述起爆器和炮孔中所装炸 药的起爆导线。
[0007]进一步地，所述围压加载装置包括:压力加载单元，用于对所述试块外围加设围 压；压力检测单元，用于检测和显示所述压力加载单元对所述试块外围加设围压的大小。
[0008]进一步地，所述数据采集装置包括:依次设置且中心在一条直线上的激光光源、扩 束镜、场镜组合、及高速摄影仪；所述试块支架设置在所述场镜组合中。
[0009]进一步地，所述数据采集装置包括:应变片，所述应变片粘贴在所述预制裂纹的尖 端附近；动态应变仪，与所述应变片相连，用于将应变片的电阻变化信号转换成电压信号并 进行放大，然后传递给记录显示仪；记录显示仪，与所述动态应变仪相连，用于记录并显示 所述动态应变仪传递的电压信号。
[0010]进一步地，所述应变片包括纵向和横向粘贴在所述预制裂纹尖端附近的应变片。
[0011]进一步地，所述数据采集装置包括:声发射传感器，设置在所述预制裂纹附近，用 于对所述预制裂纹的声发射现象进行动态采集。[0012]进一步地，所述试块为尺寸为300mmX300mmX5mm的有机玻璃板，或尺寸为300m m X 300mm bmm的人造石板；所述 模拟深部巷道下部为40mm X 20mm的半矩形,上部为半径20mm的丰0顶。
[0013]进一步地，在所述试块的背面正对所述炮孔的位置处粘贴一贴块。
[0014]进一步地，所形成的每条预制裂纹各自由两条朝向不同方向弯曲的圆弧连接而 成；形成所述预制裂纹的每条圆弧的半径为3mm，弦长为2mm。
[0015]本实用新型提供的一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统，通过围压加 载装置对放置或悬挂在试块支架上的试块外围加设围压，通过爆炸加载装置对所述试块上 的炸药进行起爆；通过数据采集装置对所述试块上的模拟深部巷道周边的损伤状况进行动 态采集，并通过数据分析装置对采集的试块上的模拟深部巷道周边的损伤状况进行分析， 获得所述爆破对所述模拟深部巷道周边损伤的影响数据，从而能够了解爆破荷载对邻近深 部巷道围岩原始裂纹群的影响，便于对邻近深部巷道安全距离的确定以及深部巷道经济合 理的支护提供了依据。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，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它的附图。
[0017]图1为本实用新型实施例用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统的方框结 构示意图；
[0018]图2为用于本实用新型实验系统实施例的试块结构示意图；
[0019]图3为用于本实用新型实验系统实施例的另一试块结构示意图；
[0020]图4为在本实用新型实验系统实施例中对试块外围增加围压的示意图；
[0021]图5为应用于本实用新型实施例的透射式焦散线法的实验系统结构示意图；
[0022]图6为本实用新型一实施例中应变片在模拟深部巷道外围布置的结构示意图；
[0023]图7为用于本实用新型实验系统实施例的又一试块结构示意图；
[0024]图8a_8d为根据本实用新型一实施例获得的炮孔与深部巷道间距不同时的群裂 纹扩展图；
[0025]图9a_9b为根据本实用新型一实施例获得的4和裂纹尖端位移以及速度随时间 的变化规律(L=45mm)示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型实施例一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验 系统进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全 部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前 提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0027]图1为本实用新型实施例用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统的方框结 构示意图。参看图1所示，本实用新型实施例一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统，包括:试块支架81，用于放置或悬挂试块82 ;其中，所述试块82的局部位置处开设有 模拟深部巷道，并在所述模拟深部巷道周边的预定位置处形成有预制裂纹，在所述试块82 上位于所述模拟深部巷道外围的预定位置处开设有炮孔用于装设炸药；爆炸加载装置83， 用于对所述炸药进行起爆；围压加载装置84，用于对放置或悬挂在所述试块支架上的试块 外围加设围压；数据采集装置85，用于在所述爆炸加载装置对所述炸药进行起爆的同时， 对所述试块上的模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采集；数据分析装置86，用于对所 述数据采集装置采集的所述模拟深部巷道周边的损伤状况进行分析，获得所述爆破对所述 模拟深部巷道周边损伤的影响数据。
[0028]通过围压加载装置对放置或悬挂在试块支架上的试块外围加设围压，通过爆炸加 载装置对所述试块上的炸药进行起爆；通过数据采集装置对所述试块上的模拟深部巷道周 边的损伤状况进行动态采集，并通过数据分析装置对采集的试块上的模拟深部巷道周边的 损伤状况进行分析，获得所述爆破对所述模拟深部巷道周边损伤的影响数据，从而能够了 解爆破荷载对邻近深部巷道围岩原始裂纹群的影响，便于对邻近深部巷道安全距离的确定 以及深部巷道经济合理的支护提供了依据。
[0029]在前述用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，所述试块82可以 采用有机玻璃板来制作，也可以采用人造石板来制作。试块材料的具体选择根据试块材料 本身的特性并结合对模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采集所利用的技术手段来综
合确定。
[0030]有机玻璃板为各向同性的均匀光学非晶体介质，具有良好的透光性，且具有较好 的弹性和塑性，是一种理想的光学模型材料。因此，当采用焦散线实验系统对所述模拟深部 巷道周边的损伤状况进行动态采集时，优选采用有机玻璃板作为试块的材料。
[0031]图2为用于本实用新型实验系统实施例的试块结构示意图。参看图2所示， 当采用有机玻璃板时，所述在试块的局部位置处开设模拟深部巷道包括:在尺寸为 300mmX300mmX5mm的有机玻璃板的局部位置处开设模拟深部巷道10 ;其中，所述模拟深 部巷道10下部为40mm x 20mm的半矩形,上部为半径20mm的半圆顶。
[0032]人造石是用非天然的混合物制成的，如树脂、水、钙粉、玻璃珠、铝石粉等等加碎石 黏合剂制作而成的。因为人造石表现出比岩石材料要好的均质和各向同性，相对岩石材料 实验较容易，且实验结果相对较明显；同时人造石板在物理力学性质等许多方面相似。因 此，在利用应变片或声发射传感器对对模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采集时，优 选采用人造石板。
[0033]参看图2所示，当采用人造石板来制作试块时，所述在试块的局部位置处开设模 拟深部巷道包括:在尺寸为300mmX300mmX6mm的人造石板的局部位直处开设t旲拟深部 巷道10 ;其中，所述模拟深部巷道10下部为40mm x 20mm的半矩形，上部为半径20mm的半 圆顶。
[0034]参看图2所示，在前述用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，为 了模拟深部巷道周边的原始缺陷，在所述模拟深部巷道10周边的预定位置处形成预制裂 纹30。其中，所述在所述模拟深部巷道周边的预定位置处形成预制裂纹30包括:
[0035]在所述深部巷道10的顶部形成预制裂纹，以及在所述深部巷道的侧壁上靠近深 部巷道底部和肩部的位置处也分别形成预制裂纹；并且，所述预制裂纹自所述深部巷道周边朝向远离所述深部巷道10中心的方向延伸。
[0036]所述预制裂纹设置在深部巷道周边应力相对集中的地方，既便于预制裂纹在试块 上的形成，又有利于在受到爆炸冲击时发生较为明显的应力形变，易于观察和实验。
[0037]为了较为真实地模拟深部巷道周边原始的裂纹形状，前述实施例中，所形成的每 条预制裂纹30各自由两条朝向不同方向弯曲的圆弧连接而成。优选地，形成所述预制裂纹 30的每条圆弧的半径为3mm,弦长为2mm。
[0038]在前述用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，可以在所述试块上 位于所述模拟深部巷道10外围的左侧、右侧、右上侧或顶部等位置处开设炮孔20并装设炸药。
[0039]图3为用于本实用新型实验系统实施例的另一试块结构示意图。参看图3所示， 为了便于炸药的装设及使得炸药爆炸所产生的能量较为充分地传递到试块上，优选地，所 述在所述试块上位于所述模拟深部巷道外围的预定位置处开设炮孔并装设炸药包括:在所 述试块上位于所述模拟深部巷道10外围的预定位置处开设炮孔20，在所述试块的背面正 对所述炮孔20的位置处粘贴一贴块40 ;在所述炮孔20内装入炸药。所述贴块40表示深 部巷道内待挖面，也设有预制裂纹(图中未示出)。
[0040]当所述试块采用尺寸为300mmX 300mmX 5mm的有机玻璃板时，所述贴块40采用尺 寸为150mmX 150mmX 5mm的氯仿；当所述试块米用尺寸为300mmX 300mmX 6mm的人造石板 时，所述贴块40采用尺寸为150mmX 150mmX 6mm的环氧树脂。
[0041]在前述用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，所述炮孔20的直 径为6mm,且炮孔中心与深部巷道中心的间距L为40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65_或 70mmo
[0042]炮孔中所装的炸药采用少量敏感度高的单质炸药，起爆后产生瞬时爆炸荷载。由 于叠氮化铅感度高，起爆性能好，而且爆炸产生的炮烟较少，对视场清晰度影响程度较小。 因此选用叠氮化铅，初选药量140-150mg。优选地，在所述炮孔内装设炸药包括:在所述炮 孔内装入145mg的叠氮化铅单质炸药。
[0043]所述炮孔20可以是单炮孔，也可以是双炮孔或多炮孔。
[0044]上述实施例中、试块尺寸、模拟深部巷道尺寸、炮孔直径、炮孔中心与深部巷道中 心的间距、以及炮孔内所装炸药种类及炸药量的综合选择，既能使试块较为充分地吸收炸 药爆炸所产生的冲击波，获得较为真实的实验数据，又能使试块的尺寸尽可能地小，节省实 验耗材，降低实验成本。
[0045]在前述用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，进一步地，所述爆 炸加载装置83包括:起爆器以及连接所述起爆器和炮孔中所装炸药的起爆导线。其中所述 起爆器优选手动触发方式高压起爆器。
[0046]装药时在炮孔内放置起爆导线，连接高压起爆器，利用高压放电产生的火花引爆 炸药。高压起爆器采用中国科学院力学研究所制的MD-2000多通道脉冲点火器，手动触发 方式，利用自动跟踪式同步机的同步自校触发起爆器引爆炸药。实验前先对起爆器进行充 电，但起爆充电时间不能过长，充电时间过长则可能使起爆器自动放电而引爆炸药。所以要 计算好充电时间，在实验室湿度较小的情况下，起爆器的最长充电时间一般不超过5分钟。 如果实验室的湿度很大，则起爆器的充电时间就相应缩短，放电也越快。每次试验完成后，一定要把高压起爆器内剩余的电荷放掉，否则时间长了，对起爆器会有损坏或影响其性能。
[0047]图4为在本实用新型实验系统实施例中对试块外围增加围压的示意图。参看图4 所示，在前述用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，为了模拟深部巷道围 岩的受力状况，获得爆炸动载荷和静载荷耦合加载作用下预置裂纹扩展变化规律及深部巷 道周边围岩应力应变变化，在实验时需要在所述试块外围加设围压P，其包括在所述试块外 围加设 2Mpa、4 Mpa,6 Mpa,8 Mpa 或 10 Mpa 的围压。
[0048]在前述用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，采用围压加载装置 84对所述试块外围加设围压。其中所述围压加载装置包括:压力加载单元，用于对所述试 块外围加设围压；压力检测单元，用于检测和显示所述压力加载单元对所述试块外围加设 围压的大小。所述压力加载单元可以采用液压加载的方式模拟工程岩石的地应力原岩状 态，对试块周围加设围压，具体可参看刘军忠、许金余等人在2010年的《岩石力学与工程 的创新和实践:第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集》中所发表的论文《大直径分 离式Hopkinson压杆主动围压加载试验技术》。
[0049]在前述用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，在对所述炸药进行 起爆的同时，可以采取多种技术手段对所述模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采集。 下面对所述模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采集所利用的技术手段进行举例说明。
[0050]在一实施例中，在对所述炸药进行起爆的同时，采用利用透射式焦散线法的透射 式焦散线系统对所述模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采集。即所述数据采集装置 85包括:依次设置且中心在一条直线上的激光光源、扩束镜、场镜组合、及高速摄影仪；所 述试块支架设置在所述场镜组合中。
[0051]透射式焦散线法的实验原理如下:
[0052](I)、焦散线法是利用纯几何光学的映射关系，将物体、特别是应力集中区域的复 杂变形状态，转换或非常简单而清晰的阴影光学图形——焦散线的一种实验方法。通过对 焦散线特征长度的测量和简单的计算，就可以得到有关的力学参量。用焦散线法去测量动、 静态断裂过程中的裂纹尖端的应力强度因子，所利用的信息是从应力场中非常接近裂纹尖 端的微小区域得到的，不需要对外荷载和边条件的任何了解，也不想其它光力学实验方法 那样需要利用利用远场的应力场和适当的插值公式，因此这个方法的精度高，而且使用和 计算也都很简单。
[0053](2)、闻速摄影系统
[0054]用高速摄影系统记录动态过程有两个要求:一是曝光时间要足够短；另一个是要 求照明光足够强，以保证拍摄图像的底片上有足够的曝光量。由于爆炸冲击荷载下裂纹扩 展速度较快，本实验采用Photron公司推出的FASTCAM SA5.高速摄影系统。
[0055]图5为应用于本实用新型实施例的透射式焦散线法的实验系统结构示意图。参 看图5所示，透射式焦散线法的实验系统，包括:激光光源41、扩束镜42、场镜43、模型试件 44、场镜45及高速摄影仪46的中心在一条直线上。场镜43和45构成场镜组合。焦散线 方法使用设备虽然简单，但系统的调整却很繁琐，而且为保证实验的精确，每次试验前都需 要对光路进行检查。其中，扩束镜42使激光均匀发散；场镜43产生平行光；场镜45将平行 光聚焦投射到高速摄影仪46上。在调整光路时，要使投射到场镜43上的光强度及光场均 匀。[0056]在采用透射式焦散线法对所述模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采集的实 施例中，采用数码高速摄影仪46，对参考平面处的光强变化过程进行拍摄，得到数码焦散斑 照片。
[0057]为了避免实验仪器如透镜和高速摄影仪等被爆炸后的碎块所破坏，同时也要尽可 能的减少防护设备对实验结果造成的影响。在爆破源与透镜之间设置了 3毫米厚的无应力 風化玻璃。
[0058]在另一实施例中，所述数据采集装置85包括:应变片，所述应变片粘贴在所述预 制裂纹的尖端附近；动态应变仪，与所述应变片相连，用于将应变片的电阻变化信号转换成 电压信号并进行放大，然后传递给记录显示仪；记录显示仪，与所述动态应变仪相连，用于 记录并显示所述动态应变仪传递的电压信号。在对所述炸药进行起爆的同时，利用贴在所 述预制裂纹尖端处的应变片及与所述应变片相连的动态应变测试仪，对所述模拟深部巷道 周边的受力状况进行动态采集的实验原理如下:
[0059](I)、电阻应变测量原理
[0060]这种电测方法是通过电阻应变片测定构件的应变，再根据应力应变关系确定应力 状态。其中电阻应变片的工作原理是基于导体的“电阻一应变效应”，也就是利用导体的电 阻随机械变形而变化的物理性质。
[0061](2)、电阻应变片的选择
[0062]由于本实验是测定在爆破荷载和围压共同作用下的构件应变，应变变化频率高 达几千至几兆赫，因此选用酚醛基底的箔式应变片，根据试件尺寸及材料最终确定选用 101-BXl20-1AA型号的应变片。
[0063](3)、应变片的粘贴方法
[0064]用电测法测量应变的重要一环是把应变片牢固地粘贴在测点表面上，使应变片能 够随试件一起变形。在常温下，贴片分为以下几步:
[0065](31)选片。
[0066](32)试件表面处理:用砂纸打磨应变片粘贴位置，一是为了去除表面涂层、油污和 不平整，二是为了增加粘结力。最后用脱脂棉蘸酒精沿同一方向清洗贴片处。
[0067](33)贴片:采用502胶粘贴应变片，因其固化很快，通常改为先将应变片定位，然 后在应变片底面滴一点502胶，用玻璃纸轻压。
[0068](34)干燥固化。
[0069](35)接线:将导线与应变片通过端子焊在一起，最后再用万用表检查一下应变片 的阻值(120 Q )。
[0070](36)应变片的粘贴方案:图6为本实用新型一实施例中应变片在模拟深部巷道外 围布置的结构示意图。参看图6所示，由于实验主要是探究爆破震动对深部巷道10周边原 始裂纹的影响，应变片9的粘贴主要在裂纹尖端附近。因为在爆炸冲击波的作用下，在试件 中会先后产生拉压应变，同时在横向也会有一定的应变，由此粘贴应变片时采用纵横两向 的粘贴。
[0071](4)、动态应变测量系统:
[0072]在进行动态应变测量时，由于动态应变随时间变化的特点,所以除应变仪外,还需 另配记录显示的装置。由于该实验应变变化频率较高，为爆炸冲击波产生的瞬态应变，因此采用超动态应变测试仪。超动态应变仪是测量系统的核心部分，它将应变片的电阻变化信 号转换成电压信号并根据需要进行放大，然后传递给记录显示仪器。它主要由三大部分，即 同步触发部分，信号转换及放大部分和应变标定部分。
[0073](5)、数据分析:
[0074]通过最终记录的应变波形了解爆破时深部巷道周边围岩受:力情况，研究对周边围 岩的损伤破坏。
[0075]由于上述实施例中粘贴应变片时采用纵横两向的粘贴方式，因此所述利用贴在所 述预制裂纹尖端处的应变片及与所述应变片相连的动态应变测试仪，对所述模拟深部巷道 周边的受力状况进行动态采集包括:利用横向和纵向粘贴在所述预制裂纹尖端处的应变片 及与所述应变片相连的动态应变测试仪，对所述模拟深部巷道周边的受力状况进行动态采集。
[0076]进一步地，该实施例中还可同时采用高速摄影技术研究爆破时深部巷道断裂破坏 的整个过程，即用高速摄影仪对爆破时深部巷道裂纹起裂及扩展过程中不同时刻裂纹尖端 的位置进行实时采集。
[0077]在又一实施例中，所述数据采集装置85包括:声发射传感器，设置在所述预制裂 纹附近，用于对所述预制裂纹的声发射现象进行动态采集。
[0078]图7为用于本实用新型实验系统实施例的又一试块结构示意图。参看图7所示， 所述在对所述炸药进行起爆的同时，采用设置在所述预制裂纹附近的声发射传感器50对 所述预制裂纹30的声发射现象进行动态采集。试块采用人造石板材料。
[0079]由于声发射现象的发生可能是来自于围压，也可能来自于爆炸冲击荷载，为了更 清楚的了解爆炸对深部巷道周边岩石的声发射现象，共进行三组对比试验:
[0080]当仅加围压时，不断改变围压大小，采用设置在所述预制裂纹附近的声发射传感 器对所述预制裂纹的声发射现象进行动态采集；目的是观测由于围压产生的声发射；
[0081]当不加围压时，采用设置在所述预制裂纹附近的声发射传感器对所述预制裂纹在 爆炸荷载作用下的声发射现象进行动态采集；目的是观测由于爆破产生的声发射；
[0082]采用设置在所述预制裂纹附近的声发射传感器，对所述预制裂纹在先加围压，后 在爆炸荷载作用下的声发射现象进行动态采集；目的是观测围压和爆破综合作用下的声发 射现象。
[0083]下面对本实用新型用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，对采集 的所述模拟深部巷道周边的损伤状况进行分析，获得所述爆破对所述模拟深部巷道周边损 伤的影响数据进行举例说明。
[0084]在前述用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统实施例中，数据分析装置86 根据焦散线实验记录下不同时刻裂纹尖端的位置，得到裂纹扩展距离与时间的关系曲线， 并根据该关系曲线得出各个瞬时的裂纹扩展速度。
[0085]此外，数据分析装置86还能够通过测量获得扩展裂纹尖端的焦散斑直径；通过测 得的扩展裂纹尖端的焦散斑直径，确定不同时刻的动态应力强度因子并得出试件材料在裂 纹刚刚起裂扩展时的临界应力强度因子。应力强度因子可反映不同时刻裂纹尖端的应力集 中程度。
[0086]爆炸应力场中爆炸应力波分膨胀波和剪切波两种，爆炸应力波以这两种体波形式向外传播，膨胀波是一种压缩波，在裂纹处产生压缩或拉伸作用，而剪切波对介质产生剪切作用，所以，在这两种波的作用下，在介质内产生正应力和剪应力，即爆炸应力是复合应力场，在裂纹尖端产生的焦散线是复合型。
[0087]根据所述数据分析装置86还能够确定裂纹尖端的复合型裂纹动态裂纹强度因子；其中，所述的复合型裂纹动态裂纹强度因子根据下式确定:
【权利要求】
1.一种用于模拟深部巷道爆破诱发灾害的实验系统，其特征在于，包括:试块支架，用于放置或悬挂试块；其中，所述试块的局部位置处开设有模拟深部巷道， 并在所述模拟深部巷道周边的预定位置处形成有预制裂纹，在所述试块上位于所述模拟深 部巷道外围的预定位置处开设有炮孔用于装设炸药；爆炸加载装置，用于对所述炸药进行起爆；围压加载装置，用于对放置或悬挂在所述试块支架上的试块外围加设围压；数据采集装置，用于在所述爆炸加载装置对所述炸药进行起爆的同时，对所述试块上 的模拟深部巷道周边的损伤状况进行动态采集；其中，所述数据采集装置包括:依次设置 且中心在一条直线上的激光光源、扩束镜、场镜组合、及高速摄影仪；所述试块支架设置在 所述场镜组合中；数据分析装置，用于对所述数据采集装置记录下不同时刻裂纹尖端的位置，得到裂纹 扩展距离与时间的关系曲线，并根据该关系曲线得出各个瞬时的裂纹扩展速度。
2.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述爆炸加载装置包括:起爆器以及连接所述起爆器和炮孔中所装炸药的起爆导线。
3.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述围压加载装置包括:压力加载单元，用于对所述试块外围加设围压；压力检测单元，用于检测和显示所述压力加载单元对所述试块外围加设围压的大小。
4.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述试块为尺寸为 300mmX300mmX5mm的有机玻璃板，或尺寸为300mmX300mmX6mm的人造石板；所述模拟 深部巷道下部为40mm X 20mm的半矩形,上部为半径20mm的半圆顶。
5.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，在所述试块的背面正对所述炮孔的 位置处粘贴一贴块。
6.根据权利要求5所述的实验系统，其特征在于，所形成的每条预制裂纹各自由两条 朝向不同方向弯曲的圆弧连接而成；形成所述预制裂纹的每条圆弧的半径为3mm，弦长为 2mm o
【文档编号】G01N33/24GK203422372SQ201320510459
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】郭东明, 杨仁树, 刘康, 杨立云, 岳中文 申请人:中国矿业大学(北京)