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原文传递模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统与方法

专利名称：	模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统与方法
摘要：	本发明提供一种模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统与方法，属于岩体力学特性测试技术领域。该系统包括落锤加载装置、应力转化装置、振动模型实验装置、加速度收集系统、图像收集系统和数字图像处理系统。落锤加载装置包括摆球、摆球杆、刻度盘、指针和摆锤支架，应力转化装置包括钢质分配梁、缓冲气囊和托板，振动模型实验装置包括外框架、内框架、垫片、螺栓、万向轮、弹簧、调整支座、丝杠、滑块、角度调整器和试样托板。该系统对试件重复加载研究反复荷载作用下层状试块的裂化失稳过程，通过改变摆球杆的角度和摆球大小来调节施加应力大小。能够较为准确地描述在循环加载过程中试件变形和破坏的演化过程，形成应变数据库。
专利类型：	发明专利
申请人：	北京科技大学
发明人：	王宇;任俊宇;胡志强;童永杰;易雪枫;高少华
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
申请号：	CN202010103476.3
公开号：	CN111157372A
代理机构：	北京市广友专利事务所有限责任公司
代理人：	张仲波
分类号：	G01N3/30;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/30
申请人地址：	100083 北京市海淀区学院路30号
主权项：	1.一种模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统，其特征在于：包括落锤加载装置、应力转化装置、振动模型实验装置、加速度收集系统、图像收集系统和数字图像处理系统，落锤加载装置包括摆球(15)、摆球杆(11)、刻度盘(10)、指针(9)和摆锤支架(12)，应力转化装置包括钢质分配梁(13)、缓冲气囊(14)和托板(21)，振动模型实验装置包括外框架(1)、内框架(2)、垫板(16)、螺栓(22)、万向轮(20)、弹簧(17)、调整支座(7)、丝杠(6)、滑块(23)、角度调整器(5)和试样托板(3)，加速度收集系统包括加速度传感器(18)，图像收集系统和数字图像处理系统包括两台高速摄像机(4)和摄像机支架(8)；指针(9)和刻度盘(10)安装在摆锤支架(12)顶部，摆球(15)连接在摆球杆(11)一端，摆球杆(11)另一端连接在摆锤支架(12)顶端，钢质分配梁(13)和缓冲气囊(14)竖直放置，缓冲气囊(14)紧贴钢质分配梁(13)，钢质分配梁(13)在内框架(2)外侧，贴近摆球(15)，用螺栓(22)和一个竖直托板将钢质分配梁(13)和缓冲气囊(14)固定在内框架(2)前侧；在内框架(2)的长轴方向，每个角钢周围有两个万向轮(20)，万向轮(20)通过垫板(16)和螺栓(22)连接到角钢上，一共八个万向轮(20)，在内框架(2)的短轴远离摆球(15)的一面上，四个弹簧(17)均匀分布在内框架(2)侧板的四角，内框架(2)和外框架(1)通过八个万向轮(20)和四个弹簧(17)连接，在内框架(2)底部中间部位紧靠缓冲气囊(14)安装调整支座(7)，调整支座(7)两端连接有丝杠(6)，丝杠(6)上连接有滑块(23)，滑块(23)上部通过角度调整器(5)连接试样托板(3)。 2.根据权利要求1所述的模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统，其特征在于：所述外框架(1)两侧对称设置摄像机支架(8)，摄像机支架(8)上安置高速摄像机(4)。 3.根据权利要求1所述的模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统，其特征在于：所述摆球杆(11)与摆锤支架(12)保持平行。 4.根据权利要求1所述的模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统，其特征在于：所述调整支座(7)径向一侧平行设置加速度传感器(18)。 5.根据权利要求1所述的模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统，其特征在于：所述托板(21)包括两个水平托板和一个竖直托板，水平托板安装在内框架(2)上下两面，且平行放置，竖直托板安装于内框架(2)一侧，竖直托板上安装钢质分配梁(13)。 6.根据权利要求1所述的模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统，其特征在于：所述内框架(2)前侧即为落锤加载装置一侧。 7.根据权利要求1所述的模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统，其特征在于：所述试样托板(3)的倾角能够调节。 8.应用权利要求1所述的模拟工程岩体层裂化失稳过程的落锤冲击试验系统的方法，其特征在于：包括步骤如下： S1：试验准备：制作混凝土层状试块，在试件侧面上刷白色底漆； S2：待白色底漆干燥后，在白色底漆上喷涂小的黑色斑点； S3：待层状试块上的黑色斑点干燥后，将试块一端作为固定端，与固定端相对的为层状试块的自由端； S4：将层状试块安装在试样托板上，根据要求调整试样托板下的角度调整器，达到实验时岩层所需倾角； S5：沿丝杠的径向架设高速摄像机，并使高速摄像机上的镜头垂直于丝杠轴向； S6：打开加速度传感器，连接至电脑端； S7：打开高速摄像机，调整摆球杆到设定角度使其静止落下； S8：记录实验数据：高速摄影机记录下层状试块一次加载变化全过程，记录实验过程中加速度传感器数值变化； S9：重复加载：待一次加载数据记录完成，将摆球杆调整到与S7中相同的角度，使其静止落下，重复加载，重复此步骤不少于三次； S10：取出试块，关闭仪器； S11：整理数据：使用数字图像相关法计算超高速摄像机记录的图片,得到层状岩体试块在所有图片上的所有像素点的应变历史,形成应变数据库； S12：基于S11中得到的应变数据库，计算出层状试块的侧面上变形区域所有像素点的变形信息； S13：对变形前图像中的变形区域进行网格划分，将每个子区域当作刚性运动，再针对每个子区域，通过预先定义的函数来进行计算。
所属类别：	发明专利