[发明专利]一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验技术领域，具体说是一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法及装置。

背景技术

深部岩体存在于地下高地应力环境中，其本身为高含能块体。根据俄罗斯相关资料，地下爆炸对岩体介质的作用影响能够持续数小时，该作用影响主要依赖深部岩体自身储存的能量。1989年4月16日俄罗斯基洛夫区“阿帕基特”矿山在地下252 m处实施230吨BB炸药爆破，爆破在巷道中实施，持续时间为400~500 ms，诱发了4.8~5级地震，震中烈度6~7度，6 km外基洛夫城地震烈度4~5烈度，相应的地震能量为1012焦耳，而爆炸能量仅为108~109焦耳，地下爆炸诱发的地震总能量远远大于爆炸总能量（高几个数量级）。这表明岩体中储存有大量的处于不稳定平衡状态的地质构造变形能，在地下爆炸影响下剧烈释放。另一方面美国正研发钻地爆炸物器，深部岩体在钻地武器爆炸扰动中产生慢速“变位波”，易诱发工程性地震，我国地下防护工事将面临严重威胁。因此深部岩体在爆炸冲击扰动下的力学行为是迫切的研究需求。

对于深地下工程所研究的天然岩体而言，由于长期受各种自然造物因素的作用和影响，形成了极其复杂的结构和构造特征，其在爆炸扰动作用下的变形破坏具有非协调非相容特性，物理过程复杂，影响因素众多，目前在理论分析上还存在很大困难，数值模拟也难以准确进行。在满足相似原理的条件下，模型试验不仅可以在试验室条件下再现工程中发生的现象，并且试验过程中的主要因素能独立控制，可以模拟不同的物理量组合情况，试验成本低、周期短，是比较可行的方法。目前国内外常采用化学爆炸的方式开展研究，但该方法危险性高，爆炸载荷波形难以精确控制，且可重复性差。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法。该方法严格基于相似理论，采用液压冲击的方式产生模拟爆炸载荷，采用大体积柔性胶囊模拟施加高地应力环境。

本发明的另一目的是提供一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验方法，采用柔性胶囊对深部岩体模拟材料试件模拟施加高地应力环境，并采用液压冲击方式模拟施加于深部岩体模拟材料试件的爆炸地冲击扰动。

本发明进一步的设计方案中，上述深部岩体模拟材料试件置于箱体中，各面覆盖有柔性胶囊，所述深部岩体模拟材料试件上面的柔性胶囊上设置有液压冲击装置，各面的柔性胶囊通过各自的注压孔注入液体加压，对深部岩体模拟材料试件模拟施加高地应力环境。

本发明进一步的设计方案中，上述液压冲击装置包括冲击活塞、动压腔、泄压单元和传压板，所述传压板位于所述动压腔和所述深部岩体模拟材料试件上面的柔性胶囊之间，所述冲击活塞与泄压单元与动压腔连通，所述冲击活塞连接有高压射流发生装置，高压射流发生装置产生的高压射流冲击冲击活塞，压缩所述动压腔体积使动压腔中的压力上升，但载荷达到载荷峰值时，打开所述泄压单元，使动压腔中的压力下降，从而产生类三角形载荷的模拟爆炸地冲击扰动，所述模拟爆炸地冲击扰动经动压腔-传压板-柔性胶囊的传递路径进入所述深部岩体模拟材料试件。

本发明进一步的设计方案中，施加静载时，为保证压力平衡，动压腔内注入与胶囊相同压力的液体。

本发明进一步的设计方案中，上述载荷峰值范围为0~3MPa、压力上升时间为2.5~10ms、下降时间为上升时间的2倍。

一种深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置，包括容置深部岩体模拟材料试件的高强度刚性箱体，深部岩体模拟材料试件每个面与所述箱体之间都设有柔性胶囊，所述柔性胶囊设有注入液体加压的注压孔，顶面柔性胶囊上设有液压冲击装置。

本发明进一步的设计方案中，上述液压冲击装置包括冲击活塞、动压腔、泄压单元和传压板，所述传压板位于所述动压腔和所述深部岩体模拟材料试件上面的柔性胶囊之间，所述冲击活塞与泄压单元与动压腔连通，所述冲击活塞连接有高压射流发生装置，动压腔也设有液体加压的注压孔。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明的液压冲击方法替代化学爆炸，安全性高，模拟载荷波形精确可控，且重复性强。柔性胶囊加载替代传的统液压油缸加载方式，其外部附属设备少，加载面均匀度高，有利于爆炸载荷的接入与传递。

附图说明

图1是深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置结构示意图；

图2是深部岩体爆炸地冲击扰动模拟试验装置中冲击活塞的结构示意图。