[实用新型]基于霍普金森压杆的动态剪切和摩擦测量装置

说明书

本实用新型公开了一种基于霍普金森压杆的动态剪切和摩擦测量装置，包括分离式霍普金森压杆、动态剪切和摩擦装置及筒状围压缸；分离式霍普金森压杆包括发射装置以及与其分离的波形整形器、入射杆、透射杆和轴向预加载装置；动态剪切和摩擦装置安装在入射杆和透射杆的连接处且用于放置试样，筒状围压缸套设于动态剪切和摩擦装置，筒状围压缸、轴向预加载装置均通过油管与油缸连通。该基于霍普金森压杆的动态剪切和摩擦测量装置的目的是解决如何实现不同加载率和不同正应力条件下岩石试样的动态剪切性能以及内摩擦角φ值的测量，并能同时实现动态摩擦性能的测量的问题。

技术领域

本实用新型属于岩石动态物理力学测量技术领域，具体涉及一种基于霍普金森压杆的动态剪切和摩擦测量装置。

背景技术

在涉及不同尺度的岩土工程和地球物理应用中，岩石可能会因钻探，爆破，滑坡或地震承受动态载荷而破坏。据统计，地球上每年都要发生数十次能对人类造成严重危害的地震，地震常常造成严重人员伤亡，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。地震的发生涉及到孕震成核、断层失稳和破裂扩展等物理过程，具有高度复杂性。地壳内多数地震是沿原有断层发生的，岩石摩擦实验是断层力学和震源物理实验研究中的主要手段之一。粘聚力和内摩擦角是库仑模型中用于预测许多岩石工程和地球物理应用中岩石破坏的两个材料参数。尽管在静态条件下使用直接剪切或三轴压缩方法已对这两个参数进行了广泛的量化，但动态载荷对这些参数的影响尚不清楚。因此，期望开发一种确定岩石材料的动态剪切强度参数的方法。

目前国内外各类学者也已经开展了部分相关的实验来研究动态摩擦行为。如“磁盘针”试验，但它是为低速摩擦实验设计的，其中动摩擦仅在稳态条件下评估；压力剪切板冲击试验被用来研究考虑时间因素的摩擦，可以推断出一点上的正应力和剪应力历史，而无法改变正应力研究其摩擦特性。最近，科尔斯基拉杆的方法已经被用来测量钢和铝之间的动摩擦系数。在这种方法中，设计的夹具用于促进在承受动态拉伸载荷的界面处的滑动，并且法向压力由摩擦夹具上的螺钉扭矩施加。然而，由于施加正常压力的特殊方式，这种方法不适用于岩石类材料。

上世纪七八十年代，James Dieterich，Andy Ruina和James Rice等基于低速岩石摩擦实验结果，建立了速率-状态变量摩擦本构关系，该本构关系以及大量低速实验获取的本构参数如今广泛地应用于地震模拟，但是这不能很好的反映出加载率对岩石动态本构参数的影响。

有鉴于此，本领域技术人员亟需提供一种基于霍普金森压杆的动态剪切和摩擦测量装置用于解决上述问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型解决的技术问题是如何实现不同加载率和不同正应力条件下岩石试样的动态剪切性能以及内摩擦角φ值的测量，并能同时实现动态摩擦性能的测量。

(二)技术方案

本实用新型提供了一种基于霍普金森压杆的动态剪切和摩擦测量装置，包括分离式霍普金森压杆、动态剪切和摩擦装置及筒状围压缸；所述分离式霍普金森压杆包括发射装置以及与其分离的波形整形器、入射杆、透射杆和轴向预加载装置，所述入射杆与所述透射杆连接，所述波形整形器设于所述入射杆靠近所述发射装置的一端，所述轴向预加载装置安装在所述入射杆及所述透射杆上，所述入射杆上设有第一应变片，所述透射杆上设有第二应变片；

所述动态剪切和摩擦装置安装在所述入射杆和所述透射杆的连接处且用于放置试样，所述筒状围压缸套设于所述动态剪切和摩擦装置，所述筒状围压缸、所述轴向预加载装置均通过油管与油缸连通。

进一步地，所述动态剪切和摩擦装置包括导向管和后支撑座，所述入射杆可移动地穿设于所述导向管，所述后支撑座的一端通过所述轴向预加载装置夹持于所述透射杆上；所述后支撑座的另一端为中空结构且与所述试样抵接。