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原文传递渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置和测试方法

专利名称：	渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置和测试方法
摘要：	本发明提供了一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置和测试方法，一种渗透压和静压耦合电磁加载三轴SHPB装置包括电磁脉冲发射系统、轴压伺服控制加载系统、围压伺服控制加载系统、渗透压加载系统、杆件系统和数据监测与采集系统。本发明基于传统的一维SHPB，创新性的对原有设备进行改进，引入渗透压实时加载和控制系统，解决了现有动力学试验装置无法开展接近深部岩体真实环境的高渗透水压、静压以及动态扰动耦合作用下的岩体动力学响应研究的技术难题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	深圳大学
发明人：	周韬;翟天琦;谢和平;赵坚;朱建波;高明忠;李存宝;廖志毅;张凯
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910707506.9
公开号：	CN110441172A
代理机构：	深圳市科吉华烽知识产权事务所(普通合伙)
代理人：	张立娟
分类号：	G01N3/317(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	518000广东省深圳市南山区南海大道3688号
主权项：	1.一种渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：其包括支撑平台(1)、左侧轴压加载固定挡板(2)、左侧轴压加载油缸(3)、左侧轴压加载活塞(4)、左侧电磁脉冲激发腔(5)、左侧电磁脉冲激发腔支座(6)、连杆(7)、左侧应力波加载杆(8)、应力波加载杆支座(9)、电阻应变片(10)、右侧轴压加载固定挡板(11)、右侧轴压加载油缸(12)、右侧轴压加载活塞(13)、右侧电磁脉冲激发腔(14)、右侧电磁脉冲激发腔支座(15)、右侧应力波加载杆(16)、围压加载缸围挡(17)、围压加载缸(18)、连接螺杆(19)、围压加载进油口(20)、围压加载排气口(21)、围压加载排气口密封塞(22)、围压油表(23)、左侧渗透压管道(24)、右侧渗透压管道(25)、测试试样(26)及橡胶套(27)；装置以测试试样(26)为中心，呈左右对称形式布置，其中左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)分别固定于支撑平台(1)的左右两端，左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)中心和四周分别设置中心安装孔和四周安装孔，左侧轴压加载油缸(3)和右侧轴压加载油缸(12)分别穿过左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)的中心安装孔，并与之焊接形成整体结构，此外，左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)通过连杆(7)穿过其四周安装孔而将二者连接成整体并进而与支持平台(1)构成一整体框架系统；左侧电磁脉冲激发腔(5)由左侧电磁脉冲激发腔支座(6)支撑并安置在支撑平台(1)上，其中左侧电磁脉冲激发腔(5)的左端部与左侧轴压加载活塞(4)自由贴合接触，用于将左侧轴压加载油缸(3)提供的静态轴压通过左侧轴压加载活塞(4)传递至左侧电磁脉冲激发腔(5)；左侧应力波加载杆(8)由应力波加载杆支座(9)支撑并安置在支撑平台(1)上，其中左侧应力波加载杆(8)的左端部与左侧电磁脉冲激发腔(5)的右端面自由贴合接触，一方面用于将传递至左侧电磁脉冲激发腔(5)的静态轴压进一步传递至左侧应力波加载杆(8)并最终作用于测试试样(26)，另一方面用于将左侧电磁脉冲激发腔(5)产生的入射应力波输入至左侧应力波加载杆(8)并沿其轴线方向传播直至给测试试样(26)施加从左至右的动态荷载；同理，右侧电磁脉冲激发腔(14)由右侧电磁脉冲激发腔支座(15)支撑并安置在支撑平台(1)上，其中右侧电磁脉冲激发腔(14)的右端部与右侧轴压加载活塞(13)自由贴合接触，用于将右侧轴压加载油缸(12)提供的静态轴压通过右侧轴压加载活塞(13)传递至右侧电磁脉冲激发腔(14)；右侧应力波加载杆(16)由应力波加载杆支座(9)支撑并安置在支撑平台(1)上，其中右侧应力波加载杆(16)的右端部与右侧电磁脉冲激发腔(14)的左端面自由贴合接触，一方面用于将传递至右侧电磁脉冲激发腔(14)的静态轴压进一步传递至右侧应力波加载杆(16)并最终作用于测试试样(26)，另一方面用于将右侧电磁脉冲激发腔(14)产生的入射应力波输入至右侧应力波加载杆(16)并沿其轴线方向传播直至给测试试样(26)施加从右至左的动态荷载；左侧应力波加载杆(8)和右侧应力波加载杆(16)上设置电阻应变片(10)；围压加载缸围挡(17)、围压加载缸(18)、连接螺杆(19)、围压加载进油口(20)、围压加载排气口(21)、围压加载排气口密封塞(22)以及围压油表(23)构成围压加载装置，其中围压加载缸围挡(17)的中心和四周分别设置有中心安装孔和四周安装孔，用于分别将左侧应力波加载杆(8)和右侧应力波加载杆(16)穿过中心安装孔伸入围压加载缸(18)的内部与测试试样(26)接触，螺杆(19)通过围压加载缸围挡四周安装孔将围压加载缸围挡(17)和围压加载缸(18)连接为一整体结构并安置在支撑平台(1)上，此外，右侧的围压加载缸围挡(17)的中心安装孔下部和上部分别设有围压加载进油口(20)和围压加载排气口(21)，通过围压加载进油口(20)和围压加载排气口(21)将围压伺服控制加载系统构成连通回路，用于将液压油泵入围压加载缸(18)对包裹在橡胶套(27)中的测试试样(26)施加环向静态围压，围压加载排气口(21)外侧配有围压加载排气口密封塞(22)用于在围压加载缸内部空气排尽后对其进行密封；渗透压加载装置包括左侧渗透压管道(24)和右侧渗透压管道(25)，其中左侧渗透压管道(24)和右侧渗透压管道(25)的孔径和长度均相同，二者分别内置于左侧应力波加载杆(8)的右端部和右侧应力波加载杆(16)的左端部，并与测试试样加载端面直接接触，渗透压施加时，通过从左侧渗透压管道(24)注入具有设定压力的渗透液，渗透液在渗透压的驱动下通过测试试样(26)的内部连通的孔网通道从右侧渗透压管道(25)排出，并维持渗透压恒定在设定值。 2.根据权利要求1所述的渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：所述左侧轴压加载固定挡板(2)、右侧轴压加载固定挡板(11)、围压加载缸围挡(17)三者的中心安装孔和四周安装孔均为圆形孔。 3.根据权利要求1所述的渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：左侧轴压加载固定挡板(2)和右侧轴压加载固定挡板(11)通过四根连杆(7)穿过其周边的四个小圆孔而将二者连接成整体并进而与支持平台构成一整体框架系统。 4.根据权利要求1所述的渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：围压加载缸围挡(17)的中心安装孔的直径比应力波加载杆直径大1±0.1mm。 5.根据权利要求1所述的渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：左侧应力波加载杆(8)和右侧应力波加载杆(16)中心位置处设置电阻应变片(10)。 6.根据权利要求1所述的渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：围压加载缸围挡(17)的右侧围挡上部设置所述围压油表(23)。 7.根据权利要求1所述的渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB装置，其特征在于：左侧应力波加载杆(8)和右侧应力波加载杆(16)能够在应力波加载杆支座(9)上自由滑动。 8.一种渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB测试方法，其特征在于：利用权利要求1至7任意一项所述的装置进行测试，具体方法如下：首先通过轴压伺服控制加载系统同步控制左侧轴压加载油缸(3)和右侧轴压加载油缸(12)，使二者升压并驱动左侧轴压加载活塞(4)和右侧轴压加载活塞(13)分别向右和向左移动，进而推动左侧应力波加载杆(8)和右侧应力波加载杆(16)分别以设定加载速率为测试试样(26)施加轴向压力，待轴向压力值达到设定值时，停止加载并利用轴压伺服控制加载系统将轴向压力保持恒定；随后利用围压伺服控制加载系统以设定速率通过围压加载进油口(20)向围压加载缸(18)内部泵入抗磨液压油，待从围压加载排气口(21)流出液压油时表明围压加载缸内已注满抗磨液压油，此时用围压加载排气口密封塞(22)拧紧并密封好围压加载排气口(21)，并继续施加围压，待围压油表(23)的压力读数达到设定围压值时，停止加载并利用围压伺服控制加载系统将围向压力保持恒定，从而使得通过防渗透橡胶套27作用在测试试样(26)的环向围压恒定在设定值；接着利用渗透压加载系统通过左侧渗透压管道(24)和右侧渗透压管道(25)给测试试样(26)施加渗透压，待左侧渗透压管道(24)和右侧渗透压管道(25)之间的渗透压压差恒定为设定值时，完成向测试试样(26)施加静态轴压、围压和渗透压的耦合作用条件；随后根据试验设计，操作电磁脉冲激发控制系统驱动左侧电磁脉冲激发腔(5)和右侧电磁脉冲激发腔(14)同步激发并输出入射应力波，入射应力波随后分别沿左右两侧应力波加载杆向测试试样(26)传播并对其进行动态冲击加载，完成静压和渗透压耦合冲击加载三轴SHPB测试试验；动态冲击加载过程通过粘贴在左右两侧加载杆中心位置处的电阻应变片(10)，实时监测应力波加载杆中入射应变信号和反射应变信号；当利用应变片(10)所监测到的应变信号数据显示静压和渗透压耦合冲击加载三轴SHPB测试过程测试试样(26)左右两端面所施加的动态压缩荷载基本一致时，可认为测试试样(26)动态冲击加载过程达到了应力平衡状态，根据一维应力波传播理论，利用应变片(10)所监测的应变数据，按照下述公式进行计算，获取测试试样(26)的动态压缩强度σ(t)，动态压缩应变率以及应变ε(t)分别为：其中，E、C和A分别为应力波加载杆的弹性模量、纵波速度与杆的横截面面积；As为测试试样(26)的横截面面积，As为测试试样(26)的长度；ε左入射和ε左反射分别为应变片从左侧应力波加载杆(8)上监测的入射应变信号和反射应变信号，ε右入射和ε右反射分别为应变片从右侧应力波加载杆(16)上监测的入射应变信号和反射应变信号。 9.根据权利要求8所述的渗透压和静力耦合电磁加载三轴SHPB测试方法，其特征在于：所述电阻应变片(10)将应力波加载杆中入射应变信号和反射应变信号通过屏蔽导线经由惠斯通电桥传输至信号放大器，应变信号经由信号放大器放大后通过屏蔽导线输出至数据记录仪进行记录和存储，最终再通过数据线将应变信号数据由数据记录仪输出至计算机上进行分析处理。
所属类别：	发明专利