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原文传递爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置及方法

专利名称：	爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置及方法，包括制作试验试块,计算试验试块的初始应力状态，先对试验试块静力边界条件下进行加载，再对试验试块爆破振动模拟荷载条件下进行加载；停止爆破振动，保持试块的垂向荷载，并从该荷载状态开始等时差逐级增加垂向荷载，直至结构面破坏；对结构面进行声波测试，分析爆破振动对于结构面的损失程度；测量结构面抗剪强度参数，获得爆破振动对于结构面抗剪强度的变化规律的影响。本发明能真实直接的反映出爆破振动作用对饱水软弱结构面蠕变现象的影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	中国地质大学(武汉)
发明人：	蒋楠;张玉琦;罗学东;周传波;孙金山;朱斌;吴廷尧;唐啟琛;夏宇磬
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910182036.9
公开号：	CN109946175A
代理机构：	武汉知产时代知识产权代理有限公司
代理人：	付春霞
分类号：	G01N3/28(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号
主权项：	1.一种爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，包含：振动台、试验框架以及反力架，振动台上设置有试验试块固定槽，固定槽上设置有试验试块紧固装置，试验框架的两相对侧壁面上开设有剪切试验孔，其中一个所述侧壁以及顶壁与试验试块之间分别设有一层海绵，试验框架下部固定于振动台台面上且围绕所述试验试块固定槽；试验试块的上层和下层为岩体，正中间层为结构面，剪切试验孔的最小高度不高于结构面的最大高度，且不低于结构面的最小高度；实验框架的顶面上具有正应力施加孔；正应力施加孔处由下至上以及设有海绵处的剪切试验孔处由内至外依次分别设有：所述海绵、木板层、由多个钢珠排成多行多列所形成的钢珠层以及隔挡板层；所述反力架包括两块竖直设置的竖直架和反力梁，反力梁水平设置且位于试验框架上方，且反力梁固接在竖直架的上方；两块竖直架设置在振动台上且位于试验框架的两侧，并分别与试验框架间隔一定距离；其中一个竖直架的外侧和反力梁的上方分别设有一个千斤顶，所述其中一块竖直架与反力梁上分别开设有一个通孔，分别用于穿过对应的千斤顶，使得两个千斤顶的荷载能够分别加载到两个隔挡板层上，从而分别向试验试块的上层施加剪应力和正应力；两个通孔的周围分别设有一组弹簧，每组弹簧的一端固定在所处位置处的隔挡板层上，另一端固定在所处位置处的反力架上，弹簧处于压缩状态。 2.根据权利要求1所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，试验框架上设有加速度计、速度计、应变仪、声波测试仪和抗剪强度参数测试装置，加速度计、速度计、应变仪在试验试块的上层和下层的岩体上均设有，用于测量穿过结构面前后速度、加速度以及应力应变变化情况，声波测试仪设在结构面的两侧，用于获得爆破振动对于结构面声波速度传播的影响，抗剪强度参数测试装置用于对试验试块结构面抗剪强度参数测量。 3.根据权利要求2所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，抗剪强度参数测试装置包括拉线式位移传感器、土压力计、数显油压表和动态信号测试分析系统，千斤顶通过分离式油缸驱动，数显油压表连接在千斤顶和分离式油缸之间，土压力计安装在千斤顶的端头，土压力计和数显油压表用于对剪应力和剪切正应力进行对比监测，动态信号测试分析系统连接土压力计，用于读取千斤顶端头应力变化情况，拉线式位移传感器感应剪切位移。 4.根据权利要求1所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，所述试验框架以及试验试块均为长方体结构。 5.根据权利要求1所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置，其特征在于，各竖直架以及反力梁均为平板结构。 6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，反力架、隔挡板层及试验框架为钢材制成。 7.一种爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，其特征在于，包含如下步骤： S1、制作试验试块,试验试块包括结构面、位于结构面上方的上盘岩体和位于结构面下方的下盘岩体； S2、计算试验试块的初始应力状态，根据计算出初始应力状态，利用如权利要求1-6任一项所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验装置对试验试块在静力边界条件下进行加载，然后对试验试块在不同爆破振动模拟荷载条件进行加载，然后停止爆破振动；在两种不同的加载情况下分别进行下述步骤S3及S5中的测试； S3、分别在静力边界条件下，以及爆破振动模拟荷载条件下停止爆破振动后，分别进行下述测试：保持试验试块的垂向荷载，并从该荷载状态开始等时差逐级增加垂向荷载，对试验试块设置不同正应力进行蠕变试验，逐级施加正应力，每加一级坚持一段时间，直至结构面破坏； S4、对步骤S3得到的结构面进行声波测试，得到不同爆破振动条件下对于结构面的损失程度； S5、分别在静力边界条件下，以及爆破振动模拟荷载条件下停止爆破振动后，分别进行下述测试：保持试验试块的水平剪切力，并从该水平剪切力开始等时差逐级增加水平剪切力，对试验试块设置不同水平剪切力进行蠕变试验，逐级施加水平剪切力，每加一级坚持一段时间，直至结构面破坏； S6、对步骤S5得到的结构面进行声波测试，得到不同爆破振动条件下对于结构面的损失程度； S7、结合步骤S4-S6的结果得到爆破振动作用对饱水软弱结构面蠕变数学定量关系。 8.根据权利要求7所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，其特征在于，步骤S1具体包括： S1.1、根据研究选取的试验地点，在断层附近，采用金刚石岩石切割机或风镐剥离结构面岩石，利用岩石切割机切取结构面及其上下盘岩体，并进行位置标记，在岩样脱离母岩前后，用铁丝对含结构面岩样进行捆绑；并用铁铲剥离剔出临近其他结构面充填材料,然后将采集回来的试件加工成标准试验试块，并保证结构面位于试样的正中间部位； S1.2、根据对加工完成的试验试块上下盘岩体以及结构面进行声波测试，根据声波测试数据对试验试块进行分组，尽量保证试验试块初始状态的一致性；声波测试时，两个岩体与结构面要分层测试，垂向与水平方向都测试，确保每组试块状态一致，更大程度上实现实验中控制单一变量的目的，确保实验结果的准确性； S1.3、对符合试验要求试验试块进行饱水处理，即在饱水试验前对试验试块进行称重，然后在相同pH值的纯净水里面进行相同时间的浸泡处理，并通过一定时间内的多次称量，直至试验试块总体质量不变或者变化量小于预设值，即完成试验试块的饱水处理，得到符合试验要求的试验试块。 9.根据权利要求7所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，其特征在于，步骤S2具体包括：试验试块静力边界条件加载：通过分析边坡原型，对试验模型进行分析，然后根据岩体力学和构造力学理论对试验试块初始应力状态进行计算，得到初始应力和初始剪切力；根据初始应力和初始剪切力，得出弹簧的压缩长度，将试验试块通过固定于实验框架后，分别移动竖直架和反力梁至适当位置然后固定，以满足弹簧压缩长度，当弹簧长度固定后，弹簧给隔挡板层固定的压力，则完成了静力边界条件下的加载；爆破震动模拟荷载条件下的加载是指在静力边界条件加载的步骤上，通过启动振动台进行振动，从而模拟爆破震动环境，通过加载不同振动幅度，持续时间以及频率的荷载来实现对试验试块施加不同爆破振动模拟荷载。 10.根据权利要求7所述的爆破振动作用后饱水软弱结构面蠕变特性实验方法，其特征在于，步骤S5所述一段时间是指30秒。
所属类别：	发明专利