[发明专利]动态载荷作用下粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统

说明书

一种粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统，包括：测试模型垂直加载系统，用于对测试模型施加垂向加载及控制冲击滑移导向，测试模型内嵌有粗糙裂隙面；光学实验系统，用于捕捉测试模型在粗糙裂隙面剪切滑移过程中的光弹条纹图像；水平轻气炮冲击系统，用于通过向测试模型发射预设冲击速度值的弹丸的方式对测试模型施加动态应力波作用；数字信号控制系统，用于控制的光学实验系统、水平轻气炮冲击系统及测试模型垂直加载系统的协同工作，还用于控制弹丸冲击被测试模型时的脉冲激光发射及高速相机拍摄的同步。实现了对裂隙面剪切滑移动态应力场的透明显示，能够透明显示并定量表征动态应力波沿粗糙裂隙面传播以及剪切滑移动态应力场演化规律。

技术领域

本发明涉及动态应力场测量技术领域，特别涉及一种动态载荷作用下作用下粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统。

背景技术

煤矿采掘一般在地下进行，煤矿地下采掘活动必然导致巷硐围岩裂隙发育，在覆岩断裂、开采扰动、工程爆破、矿井灾害等因素产生的动态应力波作用下，裂隙围岩力学特性会发生显著改变，影响着巷硐围岩及巷硐支护结构的稳定性。同时，由于自然裂隙面具有一定粗糙度，通过研究应力波作用下粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场演化规律，可定量表征应力波作用下粗糙裂隙面滑移破裂规律及应力波传播与衰减规律，从而为确定相邻巷硐安全距离设计及施工提供参考，具有重要工程意义。

传统实验研究主要集中于对应力波作用下断层、节理、裂隙面动态滑移应力场演化规律及应力波传播过程的定性描述，至今尚未有一种实验方法去透明显示并定量表征动态应力波沿粗糙裂隙面传播以及剪切滑移动态应力场演化规律。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统，以实现透明显示并定量表征动态应力波沿粗糙裂隙面传播以及剪切滑移动态应力场演化规律。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统，包括：

测试模型垂直加载系统，用于对测试模型施加垂向加载及控制冲击滑移导向，所述测试模型内嵌有粗糙裂隙面；

光学实验系统，用于捕捉测试模型在所述粗糙裂隙面剪切滑移过程中的光弹条纹图像；

水平轻气炮冲击系统，用于通过向测试模型发射预设冲击速度值的弹丸的方式对测试模型施加动态应力波作用；

数字信号控制系统，用于控制所述的光学实验系统、水平轻气炮冲击系统及测试模型垂直加载系统的协同工作，还用于控制弹丸冲击被测试模型时的脉冲激光发射及光学实验系统中的高速相机拍摄的同步。

优选的，上述粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统中，所述测试模型的粗糙裂隙面的剖面曲线为拼接巴顿曲线。

优选的，上述粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统中，所述拼接巴顿曲线的生成过程为：

所需使用的曲线中选用一段巴顿曲线AD，所需使用的曲线指的是预设置的粗糙裂隙对应的曲线，从选用的巴顿曲线右端点D引出一条水平实线至左端点A的垂直位置，测量得到曲线AD的水平距离L1，所述水平实线与所述巴顿曲线AD相交于B，如果BD长度大于X-L1，则沿着B点向右框选水平长度为X-L1的区域BC，获取区域BC内所包含的曲线BC；如果BD长度小于X-L1，则沿着B点向左框选水平长度为X-L1的区域CB，获取区域CB内所包含的曲线CB，将曲线CB沿着垂直方向镜像，得到曲线BC，将所述曲线BC拼接到所述巴顿曲线AD的右端点D上，得到拼接巴顿曲线AE，其中，所述X为所述粗糙裂隙水平长度。

优选的，上述粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统中，粗糙裂隙面为借助CT扫描与三维重构技术，对裂隙煤岩体结构进行扫描，将扫描切片进行三维重构，获取的真实裂隙面，将所述真实裂隙面作为测试模型的粗糙裂隙面。