[发明专利]利用霍普金森压杆测试岩石材料动态点载荷强度的方法

说明书

本发明公开了一种利用霍普金森压杆测试岩石材料动态点载荷强度的方法，将霍普金森压杆的入射杆和透射杆加载试样的两端改进成圆锥型形成圆锥型加载端；选取岩石试样，试样高度与平均宽度之比为0.5～1.0，选择岩石试样最小尺寸方向为加载方向；将岩石试样放入入射杆和透射杆之间，使左、右两个圆锥型加载端分别与岩石试样紧密接触；对岩石试样的轴向两端施加加载力，通过霍普金森压杆原理得到动态破坏荷载P_{d max}；再通过点载荷强度公式和得到动态点载荷强度I_s和对应的加载率本发明能够获得不同加载率下岩石材料的动态点荷载强度。

技术领域

本发明属于岩石材料性能测试技术领域，特别是涉及一种利用霍普金森压杆实验系统测试岩石材料动态点载荷强度的方法。

背景技术

岩体属于天然介质，由于受节理裂隙的影响，有时比较破碎。针对破碎岩体，在进行岩石抗压强度测试时，很难加工成直径50mm、高径比(试样高度和直径之比)2:1的圆柱型试样进行测试，一般采用点荷载试验进行试验。现有的岩石材料点荷载试验主要是静态点荷载试验，冲击荷载下的岩石点荷载试验技术是空白。因此非常有必要发展用于测试冲击荷载作用下岩石材料动态点荷载强度的试验技术和方法。

在测试岩石材料的静态点载荷强度实验中，材料试样有方块体或不规则块体试件以及岩心试样等形式，然后利用点载荷试验仪法进行测试。利用上述方法，通过调节实验系统加载速率范围，只能获得低加载率段材料的点载荷强度，更高加载率下的实验无法通过常规的点载荷试验仪完成。对于高加载率段岩石材料的动态性能测试实验，目前主要采用霍普金森装置。由于常规霍普金森实验系统中入射杆和透射杆的截面为平滑的圆面，无法满足点载荷锥型对心受力的实验要求，导致高加载率段材料的动态点载荷强度测试一直无法实现。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种利用改进的霍普金森压杆测试岩石材料动态点载荷强度的方法，能够获得不同加载率下岩石材料的动态点荷载强度。

本发明所采用的技术方案是，一种利用霍普金森压杆测试岩石材料动态点载荷强度的方法，按照以下步骤进行：

步骤1，将霍普金森压杆的入射杆和透射杆加载试样的两端，分别改进成圆锥型形成圆锥型加载端，形成入射杆上的圆锥型加载端和透射杆上的圆锥型加载端；

步骤2，选取岩石试样，岩石试样为圆柱型、方形或不规则块体，高度为25～50mm，加载处平均宽度与加载处两点间距之比为0.5～1.0，选择岩石试样最小尺寸方向为加载方向；将岩石试样放入入射杆和透射杆之间，使左边的入射杆上的圆锥型加载端和右边的透射杆上的圆锥型加载端分别与岩石试样紧密接触；

步骤3，对岩石试样的轴向两端施加加载力，通过霍普金森压杆试验原理得到动态破坏荷载P_dmax；

步骤4，再通过点载荷强度公式得到动态点载荷强度I_s，其中，D_s为等效岩芯直径；

步骤5，最后通过加载率计算公式得到动态点载荷强度I_s对应的加载率其中，t为试样加载开始到P_dmax的时间。

进一步的，所述步骤1中，选择直径为50mm的霍普金森压杆，入射杆上的圆锥型加载端和透射杆上的圆锥型加载端的锥端部曲率半径为5mm、锥顶角为60°、高度为38.3mm，入射杆和透射杆的直径为50mm。

进一步的，所述步骤2中，入射杆上的圆锥型加载端和透射杆上的圆锥型加载端的接触点距岩石试样自由端的距离不应小于加载点间距的1/2。