本發(fā)明涉及一種巖石力學(xué)實驗裝置及實驗方法，尤其涉及一種用于巖石沖擊—靜力—水力壓耦合作用下劈裂拉伸破壞力學(xué)試驗裝置及實驗方法。

背景技術(shù)：

巖石屬于各向異性材料，體現(xiàn)在其內(nèi)部隨機(jī)分布的微裂紋、空隙、節(jié)理及孔洞等缺陷上，又由于巖石抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，且水利水電工程和礦山生產(chǎn)的基巖結(jié)構(gòu)的變形破壞往往取決于巖石的拉伸力學(xué)性能。在深部開采過程中巖石同時受到一定靜應(yīng)力和開采擾動甚至地震等動載荷的影響時，還會受到地下水的影響，會以水壓的形式來作用于巖石。水巖耦合作用下巖體的變形、損傷破壞及穩(wěn)定性已成為科研和工程領(lǐng)域共同關(guān)注的問題。目前，現(xiàn)有的室內(nèi)實驗只能完成在動靜載荷作用下巖石劈裂拉伸破壞力學(xué)實驗研究，沒有考慮水壓這一因素，不能開展動靜載荷與水壓耦合劈裂拉伸破壞力學(xué)試驗裝置及實驗方法，已致不能更全面地了解動靜載荷與水壓耦合下巖石劈裂拉伸破壞力學(xué)特性及破壞形態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于巖石沖擊—靜力—水力耦合劈裂拉伸破壞試驗裝置及實驗方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中不能開展的沖擊—靜力—水力耦合作用下巖石劈裂拉伸破壞力學(xué)試驗，不能深入了解沖擊—靜力—水力耦合下巖石劈裂拉伸破壞力學(xué)特性及破壞形態(tài)的技術(shù)問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于巖石沖擊—靜力—水力耦合劈裂拉伸破壞試驗裝置，包括壓桿裝置，該壓桿裝置包括高氣壓罐、子彈頭、入射桿、應(yīng)變片、數(shù)據(jù)采集儀、透射桿及軸向靜壓加載裝置，所述實驗裝置包括水壓加載裝置，該水壓加載裝置包括水壓加載壓頭、圓環(huán)夾具、連接管及加壓泵，所述圓環(huán)夾具通過支柱與固定在壓桿裝置上的底座相連接，水壓加載壓頭固定在圓環(huán)夾具中，水壓加載壓頭端面上的出水孔與側(cè)面上的進(jìn)水孔相通，水壓加載壓頭側(cè)面上的進(jìn)水孔與加壓泵通過連接管連接。

作為優(yōu)選，所述加壓泵上設(shè)置有壓力表。

作為優(yōu)選，所述的支柱焊接在底座上，圓環(huán)夾具與支柱通過焊接連接。

一種基于上述實驗裝置的巖石沖擊—靜力—水力耦合劈裂拉伸破壞力學(xué)實驗方法，其步驟如下：

首先將試件徑向固定在入射桿和透射桿之間，利用軸向靜壓加載裝置對試件施加靜壓，然后對試件軸向兩端施加水壓，并通過設(shè)有壓力表的加壓泵調(diào)節(jié)水壓到預(yù)定值，然后通過高壓氣罐驅(qū)動子彈頭撞擊入射桿使試件破壞，最后采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明通過軸向靜壓加載裝置對試件徑向施加靜壓，通過水壓加載裝置對試件軸向兩端施加預(yù)定水壓值，同時通過高壓氣罐驅(qū)動子彈頭撞擊入射桿，完成對試件施加動載荷，在室內(nèi)實驗?zāi)芎芎玫匮芯縿屿o載荷與水壓作用下巖石劈裂拉伸破壞動態(tài)力學(xué)特性及破壞形態(tài)，對評價含水巖體在動靜載荷下破壞機(jī)理具有一定的指導(dǎo)意義。同時本發(fā)明中的實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，易操作、實驗效果好及能重復(fù)使用，節(jié)能環(huán)保。

附圖說明

圖1為本發(fā)明巖石沖擊—靜力—水力耦合劈裂拉伸破壞試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明水壓加載裝置主視圖。

圖3為本發(fā)明圓環(huán)夾具左視圖。

圖中：1、試件；2、子彈頭；3、入射桿；4、透射桿；5、高壓氣罐；6、應(yīng)變片；7、數(shù)據(jù)采集儀；8、軸向靜壓加載裝置；9、水壓加載壓頭；10、圓環(huán)夾具；11、連接管；12、設(shè)有壓力表的加壓泵；13、支柱；14、螺栓；15、底座；16、出水孔；17、進(jìn)水孔；18、連接管接頭。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1、2、3所示，一種用于巖石沖擊—靜力—水力耦合劈裂拉伸破壞力學(xué)實驗裝置包括：底座15、霍普金森壓桿裝置和水壓加載裝置，所述霍普金森壓桿裝置由高氣壓罐5、子彈頭2、入射桿3、應(yīng)變片6、數(shù)據(jù)采集儀7、透射桿4及軸向靜壓加載裝置8組成，在本實施方式中，試件1沿徑向夾在入射桿3和透射桿4之間，用力拉緊入射桿3和透射桿4夾緊試件1，底座15通過4個螺栓14固定在霍普金森壓桿裝置上，水壓加載裝置通過支柱13固定在底座15上，支柱13通過焊接在底座15上，所述水壓加載裝置包括水壓加載壓頭9、圓環(huán)夾具10、連接管11、連接管接頭18及設(shè)有壓力表的加壓泵12，在本實施方式中，水壓加載壓頭9固定在圓環(huán)夾具10中，水壓加載壓頭9端面上的出水孔16與側(cè)面上的進(jìn)水孔17是相連通的，連接管11兩端設(shè)有連接管接頭18，一端連接水壓加載壓頭9側(cè)面上的進(jìn)水孔17，另一端連接設(shè)有壓力表的加壓泵12，圓環(huán)夾具10與支柱13通過焊接連接，試件1夾緊在水壓加載壓頭9軸向兩端。

基于相同的發(fā)明構(gòu)思，本申請?zhí)峁┝艘环N基于上述實驗裝置的巖石沖擊—靜力—水力耦合劈裂拉伸破壞力學(xué)實驗方法，其具體操作步驟如下：

步驟1，將試件沿徑向夾在入射桿和透射桿之間，并用力拉緊入射桿和透射桿來夾緊試件。

步驟2，將試件軸向兩端與固定在圓環(huán)夾具的水壓加載壓頭兩端面緊密接觸，通過連接管將水壓加載壓頭側(cè)面的進(jìn)水孔與設(shè)有壓力表的加壓泵連接起來。

步驟3，利用軸向靜壓加載裝置對試件施加預(yù)設(shè)的靜載荷，然后利用水壓加載裝置對試件施加預(yù)設(shè)的水壓。

步驟4，通過高壓氣罐驅(qū)動子彈頭撞擊入射桿，對試件徑向施加動載荷。其中通過調(diào)節(jié)子彈頭與入射桿一端的距離來改變動載荷的數(shù)值。

步驟5，通過應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集儀相連接來采集沖擊—靜力—水力耦合作用下巖石劈裂拉伸破壞力學(xué)實驗數(shù)據(jù)。

步驟6，通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，來分析沖擊—靜力—水力耦合作用下巖石劈裂拉伸破壞力學(xué)特性及破壞形態(tài)。