一种用于散体材料一维SHPB试验的边界控制装置

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其是涉及一种用于散体材料一维SHPB试验的边界控制装置。

背景技术

目前许多国内外的学者将霍普金森压杆装置作为研究材料在中高应变率下力学性质的重要方法之一，其可以实现10

含水状态对于散体材料力学性质的影响很大，随着含水率的增加，材料的力学响应紧跟着发生改变。但是，因为常用的套筒尺寸略微大于垫块的直径，这就导致目前应用于散体材料的SHPB一维冲击试验装置无法考虑含水散体材料的特性，其原因是散体材料的含水率超过20%时，试样在装样的过程中，自由水会从套筒的间隙中流出，含水试样的排水、排气边界无法得到控制。因此，功克不同含水状态的散体材料在SHPB冲击试验时一维排水边界控制至关重要。赵章泳和Tianrui Li分别研究含水率对非饱和钙质砂和非饱和砂土冲击特性的影响，但试验装置均无法满足含水率超过30%的散体材料；赵伏田发明了一种用于土体动力学特性的霍普金森围压控制与测试系统装置，装置中使用了透水石作为垫块介于散体材料与入射杆之间，无法保证试验的均匀性假设。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种用于散体材料一维SHPB试验的边界控制装置，通过内置止水硅胶圈，受压收缩后抱紧垫块，形成密封试样仓，实现一维冲击下散体材料的不排水、不排气边界，填补了含水散体材料在SHPB冲击试验下的空白。

技术方案：本发明公开的用于散体材料一维SHPB试验的边界控制装置，包括内阶梯套以及在内阶梯套筒两端分别设置的垫块、止水硅胶圈和套环压头；

所述内阶梯套筒中部为散体材料的放置区，两端为连接区，所述连接区的内径大于放置区，形成阶梯结构，该阶梯结构的阶梯处轴向和周向均设有凸槽，所述连接区处设有内螺纹及贯穿螺孔；

所述垫块由内阶梯套筒的连接区延伸至放置区；

所述止水硅胶圈置于内阶梯套筒的阶梯处，位于垫块和连接区之间；

所述套环压头套设在垫块外壁，并设有与内螺纹对应的外螺纹，通过螺纹结构向内部旋紧，所述套环压头轴向内端将止水硅胶圈压于阶梯处至其产生径向变形。

进一步的，所述内阶梯套筒的阶梯处设置的凸槽包括在放置区轴向端部设置的第一凸槽以及在连接区内壁设置的第二凸槽。

进一步的，所述止水硅胶圈压于第一凸槽和第二凸槽上，其内壁设有压于垫块的第三凸槽。

进一步的，所述垫块与霍普金森压杆相同材质。

进一步的，所述套环压头对应螺孔的位置开设贯穿的环槽，螺钉穿过螺和环槽对垫块实现固定。

有益效果：与现有技术相比，本发明：（1）为霍普金森围压下不同含水状态的散体材料在冲击试验时一维排水边界控制提供了解决方案，通过设计阶梯套筒及阶梯面处的凸槽，采用与压杆材质一致的垫块连接散体材料与入射、反射杆来保证一维假设；（2）通过套环压头对止水硅胶圈施加轴向力使其抱紧垫块，同时实现不排水、不漏气的模拟；（3）可以对散体材料在一维冲击加载过程中，研究其不同含水状态下的力学性能。

附图说明

图1为本发明分体结构图；

图2为本发明分体剖视图；

图3为本发明整体外部图；

图4为本发明整体剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1-4所示的用于散体材料一维SHPB试验的边界控制装置，包括内阶梯套筒1以及在内阶梯套筒1两端分别设置的垫块2、止水硅胶圈3和套环压头4，散体材料5位于两垫块之间。

如图2所示，所述内阶梯套筒1中部为散体材料5的放置区，两端为连接区，所述连接区的内径大于放置区，形成阶梯结构，该阶梯结构的阶梯处轴向和周向均设有凸槽，所述连接区处设有内螺纹101及贯穿螺孔102。所述内阶梯套筒1的阶梯处设置的凸槽包括在放置区轴向端部设置的第一凸槽103以及在连接区内壁设置的第二凸槽104。

所述垫块2由内阶梯套筒1的连接区延伸至放置区，直径略小于放置区的内径。采用60si

所述止水硅胶圈3置于内阶梯套筒1的阶梯处，位于垫块2和连接区之间，压于第一凸槽103和第二凸槽104上，其内壁设有压于垫块2的第三凸槽301。

所述套环压头4套设在垫块2外壁，并设有与内螺纹101对应的外螺纹401，通过螺纹结构向内部旋紧，所述套环压头4轴向内端将止水硅胶圈3压于阶梯处至其产生径向变形。所述套环压头4对应螺孔102的位置开设贯穿的环槽402，螺钉穿过螺孔102和环槽402对垫块2实现固定。

使用时，先从内阶梯套筒1一端放入垫块2，然后再放入止水硅胶圈3和套环压头4，不断旋转套环压头4使其挤压止水硅胶圈3，止水硅胶圈3抱紧垫块2后，在套筒的预留螺孔102处螺入螺钉使其固定住垫块2后开始装样，装好试样后将装置放置于霍普金森压杆装置上，实现不同含水状态的散体材料在冲击荷载下的力学响应测试。

实施案例：如图4所示，以做含水砂土的一维SHPB冲击试验为例，先将垫块2至于内阶梯套筒1试样仓内，然后将止水硅胶圈3套在垫块2上，开始将套环压头4螺进阶梯套筒上，对止水硅胶圈3施加轴向压力使其抱紧垫块2，然后在内阶梯套筒预留螺孔处插入螺丝固定垫块，将试样装入试样仓内击实后，放入另一个垫块2，然后依次放入止水硅胶圈3和套环压头4，拧紧套环压头4对止水硅胶圈施加轴向应力使其抱紧垫块形成密封仓，同样拧上螺丝固定垫块。最后将整个装置放置在入射杆与反射杆之间即可进行冲击试验。