[发明专利]胶结充填体爆破损伤实验模拟方法

说明书

技术领域

胶结充填体爆破损伤实验模拟方法，属于矿业与岩土工程扰动效应实验技术领域，具体涉及一种充填体在受扰动载荷影响下的破坏程度的实验模拟系统和方法。

背景技术

目前各种胶结充填被广泛应用于煤炭、冶金、有色、黄金矿山中，胶结充填体的作用主要是用于支撑开采矿体的顶底板，即取代矿体或围岩起到支撑作用，这就要求胶结充填体具有一定的强度，迄今人们更多的关注通过充填物料的制备提高强度，但是目前还没有对于开采爆破造成充填体的损伤及由此带来的充填体强度下降的探索。

中国专利200610114015.6公开了一种针对岩石的材料流变扰动效应实验系统及实验方法，这个实验系统也可以应用于充填体的扰动实验，在实验中通过砝码施加冲击扰动载荷，通过雷管施加爆破扰动载荷，通过两个扰动载荷叠加模拟真实的冲击载荷，这种实验系统存在以下不足：

1、实验只模拟扰动冲击载荷，而试样在现场与实验室中，其所处环境的主振频率是不同的，由说明书中表五与表六可以看出，是否模拟试样所处环境的主振频率所得到的实验结果相差很大，如果实验中不去模拟主振频率，得到的结果与实际数值存在很大偏差，无法准确指导实际施工。

2、砝码冲击受下落距离、倾角的影响，存在较大误差，多个砝码叠加后下落，砝码之间存在振动，产生的误差更大，而且每次改变砝码质量不方便；目前模拟雷管爆破，由于各雷管相互之间不并完全一致，造成多次实验得出的数据存在较大误差，这样利用砝码冲击和雷管爆破叠加所得到的扰动载荷误差较大，无法准确指导实际施工。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种精确模拟扰动载荷对试样的损坏程度的胶结充填体爆破损伤实验模拟方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该胶结充填体爆破损伤实验模拟方法，采用一体化模拟系统进行实验，所述一体化模拟系统包括机架，对试样施加恒定载荷的恒载加载机构、对试样施加扰动载荷的扰动加载机构以及测量装置，其特征在于：还包括主振频率调节装置，用于调整在实验中试样所处下部环境的主振频率，使其与现场的主振频率相同；扰动加载机构在相对试样的多个位置施加扰动载荷，调整在实验中试样所处下部环境的峰值振动速度，使其与现场的峰值振动速度相同；

具体实验步骤如下：

步骤1：在一组预设压力的扰动下，实测现场的主振频率和峰值振动速度，现场选取实验用材料，制作相同大小的多个试样。

步骤2：利用压力机将一个试样压坏，得到试样的破环载荷即单轴抗压强度。

步骤3：将一完好试样固定在机架上，设置测量装置，通过恒载加载机构对试样施加一小于破环载荷的恒定载荷。

步骤4：通过扰动加载机构施加与步骤1中压力相同的扰动载荷，通过主振频率调节装置使实验中试样下部环境的主振频率与步骤1中现场实测主振频率相同。

步骤5：选择另一块完好的试样，调整扰动加载机构与试样的水平距离，使实验中试样下部环境的峰值振动速度与现场实测峰值振动速度相同。

步骤6：选择另一块完好的试样，改变扰动加载机构所加载的扰动载荷，测量试样的声波波速和应变值。

步骤7：利用声波法，通过声速变化值计算出试样的损伤度。

所述扰动加载机构包括空气锤和通过压缩气管路与空气锤连接的空压机，压缩气管路上设有调节阀和开关，空气锤可调整其相对试样的位置；主振频率调节装置设置在机架）与空气锤之间。

所述空气锤上端通过竖直的空气锤稳固支架支撑在机架上部横梁下端面；主振频率调节装置设置在机架上部横梁与空气锤稳固支架之间。

所述主振频率调节装置为垫层，改变垫层的材质和厚度可以改变试样下部环境的主振频率。

所述垫层材质为皮革。

所述恒载加载机构包括杠杆、压杆和砝码，杠杆一端铰接在机架上，另一端通过托盘挂载砝码，压杆竖直向下对试样施加恒定载荷。

所述恒定载荷与破坏载荷的比值为0.2：1～0.8:1。

所述测量装置包括爆破振动仪、非金属声波检测仪和静态应变测试仪。

所述主振频率调节装置为设置在试样与机架之间以及机架上部横梁与空气锤之间的垫层。

与现有技术相比，本发明胶结充填体爆破损伤实验模拟方法所具有的有益效果是：