一種大型相似實驗系統(tǒng)中施加瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于相似模擬試驗技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大型相似實驗系統(tǒng)中施加瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，眾多大型海底隧道、深部礦井巷道等工程在開挖過程中，面臨深部高應(yīng)力狀態(tài)巖體破壞、巖爆動力災害發(fā)生次數(shù)增加的挑戰(zhàn)，而受實驗條件限制，無法實現(xiàn)相應(yīng)條件下的巖體物理力學性質(zhì)實驗。為此，部分學者將多相耦合、靜動結(jié)合等巖石力學問題的研究轉(zhuǎn)向數(shù)值模擬分析，不過在大型相似實驗系統(tǒng)中缺少施加瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波的裝置。
[0003]從力學本來性質(zhì)上來說，巖體工程的施工是一個應(yīng)力重新分布過程，不一樣的地質(zhì)條件、施工方式或施工對象可引起不同的應(yīng)力重新分布特征。一般來說，巖體工程的施工過程中必定引起至少一個應(yīng)力卸載。同時，爆破施工與掘進機施工等施工方式的不同，對巖體應(yīng)力釋放速率和應(yīng)力重新分布速率、巖體變形量和變形速率的影響也不同，甚至相差很大。例如，高地應(yīng)力狀態(tài)巖體爆破開挖過程誘發(fā)的巖體卸壓是一動態(tài)過程，被爆巖體從母巖上脫離并發(fā)生拋擲運動的時間非常短，卸壓具有瞬態(tài)性。但是，目前實驗室內(nèi)的研究都還停留在低卸壓速率階段，很難對試件施加瞬態(tài)卸壓沖擊波，故在進行這一類的實驗時所得到的實驗數(shù)據(jù)與實際的情況有差異。
[0004]由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于進一步的改進和提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種操作簡便的在大型相似實驗系統(tǒng)中施加瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波的裝置。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種大型相似實驗系統(tǒng)中施加瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波的裝置，包括試驗臺和落錘，試驗臺的頂端設(shè)置有兩根相互平行的導向柱，落錘能夠沿兩根導向柱上下滑動，兩根導向柱之間設(shè)置有第一承壓柱和第二承壓柱，第二承壓柱放置在第一承壓柱的頂端，落錘的初始位置位于第一、第二承壓柱疊放后第二承壓柱的頂端，兩根所述導向柱上均設(shè)置有多個用于阻擋落錘下滑的限位塊，各限位塊所處的高度相同，且各限位塊的頂端面到落錘底端面的距離均小于第一承壓柱的頂端面到落錘底端面的距離。
[0008]所述瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波的頻率和幅值通過改變落錘的質(zhì)量、擊打撞擊桿的速率以及第二承壓柱的大小、形狀來改變。
[0009]所述落錘、第一承壓柱、第二承壓柱三者的重心位于同一條直線上。
[0010]所述裝置還包括用于對第二承壓柱施加橫向作用力的撞擊桿和施力部，撞擊桿的一端正對第一、第二承壓柱疊放后第二承壓柱在豎直方向上的中央位置處，撞擊桿的另一端正對施力部。
[0011 ] 所述撞擊桿的下方設(shè)置有用于支撐撞擊桿的支架。
[0012]所述支架為伸縮式支架，支架上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)開關(guān)。
[0013]所述落錘與第二承壓柱的接觸面、第二承壓柱與第一承壓柱的接觸面均為光滑表面，所述第一承壓柱的高度大于第二承壓柱的高度，第一承壓柱的橫向截面積大于第二承壓柱的橫向截面積。
[0014]所述落錘的截面呈Η型，所述試驗臺上開設(shè)有用于放置第一承壓柱的孔槽。
[0015]所述限位塊為可拆卸式限位塊。
[0016]所述施力部為人力或自動施力裝置。
[0017]本發(fā)明還提供了一種模擬深部開挖推進過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波的方法，該方法包括如下步驟:
[0018]步驟1:選取試驗臺；
[0019]步驟2:在試驗臺上設(shè)置兩根相互平行的導向柱，選取一個第一承壓柱和一個第二承壓柱，將第一承壓柱和第二承壓柱疊放后放于兩根導向柱之間，其中，第二承壓柱位于第一承壓柱的上方；
[0020]步驟3:選取一個落錘，使落錘能夠沿兩根導向柱上下滑動，并在兩根導向柱上分別設(shè)置用于阻擋落錘下落的限位塊，各限位塊在導向柱上所處的高度需相同，且各限位塊的頂端面到落錘底端面的距離均需小于第一承壓柱的頂端面到落錘底端面的距離，調(diào)節(jié)落錘、第一承壓柱及第二承壓柱，使三者的重心位于同一條直線上，緩慢地將落錘放在第二承壓柱的頂端；
[0021]步驟4:選取撞擊桿和用于支撐撞擊桿且高度可調(diào)的支架，將支架放置在試驗臺上，撞擊桿位于支架的上方，調(diào)節(jié)支架的高度以使撞擊桿水平且使撞擊桿的一端正對第二承壓柱在豎直方向上的中心位置；
[0022]步驟5:使用人力或自動施力裝置對撞擊桿施加瞬間橫向作用力，使第二承壓柱瞬間從第一承壓柱上脫離，落錘下落被限位塊阻擋而不能與第一承壓柱直接接觸，從而在第一承壓柱上產(chǎn)生瞬態(tài)卸壓沖擊波。
[0023]所述步驟2中，選取的第一、第二承壓柱需滿足:第一承壓柱的高度大于第二承壓柱的高度，第一承壓柱的橫向截面積大于第二承壓柱的橫向截面積。
[0024]所述步驟2中，在將第一承壓柱和第二承壓柱疊放之前，需將兩者的接觸面打磨光滑。
[0025]所述步驟3中，在將落錘滑至第二承壓柱的頂端之前，需將兩者的接觸面打磨光滑。
[0026]所述步驟2中，試驗臺上開設(shè)有用于放置第一承壓柱的孔槽
[0027]所述第二承壓柱上刻畫有撞擊桿打擊點，該打擊點位于第二承壓柱在豎直方向上的中間位置處。
[0028]所述限位塊為可拆卸式限位塊。
[0029]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的有益效果為:
[0030]1、本發(fā)明可以模擬大型海底隧道、深部礦井巷道等工程在開挖過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波，解決了現(xiàn)有的試驗還停留在卸壓載荷速率低的問題。
[0031]2、本發(fā)明為模擬深度開挖的推進過程提供了所需的瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波，結(jié)構(gòu)簡單，實施方便，效果顯著。
[0032]3、本發(fā)明在數(shù)值模擬方面只考慮等圍壓卸壓的模擬試驗，對高應(yīng)力狀態(tài)巖體在側(cè)向應(yīng)力瞬態(tài)卸壓條件下巖體的變形破壞研究有著極大的作用。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2為本發(fā)明中撞擊桿與支架的裝配示意圖。
[0035]圖3為利用本發(fā)明產(chǎn)生的瞬態(tài)卸壓沖擊波的波形圖。
[0036]其中，
[0037]1、試驗臺2、支架3、撞擊桿4、限位塊5、落錘6、導向柱7、第二承壓柱8、第一承壓柱9、高度調(diào)節(jié)開關(guān)
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0039]如圖1、圖2所示，一種大型相似實驗系統(tǒng)中施加瞬態(tài)卸壓應(yīng)力波的裝置，包括試驗臺1和落錘5，落錘5的截面呈Η型，試驗臺1的頂端設(shè)置有兩根相互平行的導向柱6，落錘5能夠沿兩根導向柱6上下滑動，兩根導向柱6之間設(shè)置有第一承壓柱8和第二承壓柱7，所述試驗臺1上開設(shè)有用于放置第一承壓柱8的孔槽，第二承壓柱7放置在第一承壓柱8的頂端，所述第一承壓柱8的高度大于第二承壓柱7的高度，第一承壓柱8的橫向截面積大于第二承壓柱7的橫向截面積；落錘5的初始位置位于第一、第二承壓柱疊放后第二承壓柱7的頂端，所述落錘5、第一承壓柱8、第二承壓柱7三者的重心位于同一條直線上，所述落錘5與第二承壓柱7的接觸面、第二承壓柱7與第一承壓柱8的接觸面均為光滑表面，以保證第二承壓柱7能順利從落錘5和第一承壓柱8之間脫離；兩根