(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211240580.2 (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 中国矿业大 学 （北京） 地址 100083 北京市海淀区学院路丁1 1号 申请人 北京力岩科技有限公司 (72)发明人 王琦　许硕　王鸣子　孙喆　江贝　 王帅　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 武博 (51)Int.Cl. G01N 3/36(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 地下工程支护体系高应变率动力学试验与 评价系统及方法 (57)摘要 本发明公开了地下工程支护体系高应变率 动力学试验与评价系统及方法， 涉及地下工程安 全评价技术领域， 包括水平设置的冲击管， 冲击 管由导向支架支撑， 冲击管底部开设有配合槽， 以使试样端部固定器进入其中； 冲击管一端依次 设有反力支座和承载托盘， 承 载托盘连接气液复 合油缸， 气液复合油缸对承 载托盘施加压力时对 试样产生轴向拉力； 冲击管另一端设置气缸， 气 缸连接撞击杆。 本发明利用可实现施加预应力条 件下的冲击拉伸高应变率动力测试系统， 对地下 工程支护体系进行高应 变率动静耦合测试。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 115308058 A 2022.11.08 CN 115308058 A 1.地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价系统， 其特征在于， 包括水平设置的 冲击管， 冲击管由导向支架支撑， 冲击管底部开设有配合槽， 以使试样端部固定器进入其 中； 冲击管一端依次设有反力支座和承载托盘， 承载托盘连接气液复合油 缸， 气液复合油 缸对承载托盘施加压力时对试样产生轴向拉力； 冲击管另一端设置气缸， 气缸 连接撞击杆。 2.根据权利要求1所述的地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价系统， 其特征 在于， 所述试样端部固定器包括固定座， 固定座内设有安装槽， 安装槽一侧转动连接摇臂； 所述摇臂能够朝向安装槽另一侧转动以压紧顶套， 顶套用于固定试样端部 。 3.根据权利要求2所述的地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价系统， 其特征 在于， 所述 安装槽内设有液压千斤顶， 液压千斤顶的活塞 端与摇臂抵 接。 4.根据权利要求2所述的地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价系统， 其特征 在于， 所述 安装槽另一侧内壁固定有冲击力传感器。 5.根据权利要求1所述的地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价系统， 其特征 在于， 所述反力支座开设有冲击孔， 冲击孔、 撞击杆分别与冲击管同轴设置； 冲击孔两侧对 称设有第一凹槽 。 6.根据权利要求5所述的地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价系统， 其特征 在于， 所述撞击杆、 反力支 座分别距冲击管端部设定距离， 冲击管朝向撞击杆的一端为封闭 端。 7.根据权利要求1所述的地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价系统， 其特征 在于， 所述承载托盘中心设置试样孔， 试样孔两侧对称设有第二凹槽 。 8.地下工程支护体系高应 变率动力学 试验与评价方法， 其特 征在于， 包括： 基于如权利要求1 ‑7任一所述的试验与评价系统， 对支护构件进行动力学性能试验， 获 取单位长度支护构件在高应 变率动态冲击作用下的力学性能参数； 结合试验结果、 支护体系设计参数、 动力冲击后的围岩释放能， 对地下工程支护体系的 抗冲击性能进行评价。 9.根据权利要求8所述的地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价方法， 其特征 在于， 动力学性能试验包括对支护构件在动静组合荷载耦合作用下进 行高应变率的拉伸破 断试验， 获取支护构件的冲击力时变曲线和位移时变曲线； 对冲击力时变曲线和位移时变曲线进行拟合处理， 得到力 ‑位移曲线； 对力 ‑位移曲线 进行滤波处理， 以获取光滑的力 ‑位移曲线； 通过力‑位移曲线获取单位长度支护构件在高应变率动力冲击作用下的延伸率和吸收 能量。 10.根据权利要求8所述的地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价方法， 其特征 在于， 地下工程支护体系的抗冲击性能评价依据为： 当W+k1γ εgLB＜k2nEL时， 支护体系的防冲击能满足地下工程安全使用要求； 反之， 支护 体系不满足地下工程 安全使用要求； 其中， W为单位走向围岩积聚的弹性应变能， γ为松动围岩的平均容重， g为重力加速 度， L为现场支护试样的设计长度， B为地下工程硐室跨度， k1为折减系数， k2为工程安全系 数， n为单位走向范围内现场支护试样的数量， ε为延伸率， E为单位长度吸 收能。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115308058 A 2地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价系统及方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 地下工程安全评价技术领域， 尤其涉及地下工程支护体系高应变率动 力学试验与评价系统及方法。 背景技术 [0002]深部煤矿巷道、 深埋隧道等地下工程面临高应力、 断层破碎带等复杂条件， 导致围 岩应力集中、 能量积聚， 极易 发生动力冲击灾害事故， 对地下工程支护体系进 行动力冲击试 验与抗冲击性能评价， 对于地下工程的安全稳定具有重要意 义。 [0003]传统地下工程支护体系动力试验与评价方法中主 要存在以下不足： ①传统支护体系的冲击试验为冲击压缩测试方法， 脱离了支护体系受冲击拉伸力 的现场实际， 且无法模拟支护体系在现场中被施加的预应力； ②传统测试方法为落锤冲击低应变率动力测试， 缺少在静力预应力条件下的高应 变率动静耦合冲击测试； ③传统支护体系的动力学性能评价多 从强度方面考虑， 而在地下工程围岩内部会 积聚弹性应变能， 受到扰动后会产生动力冲击， 支护体系存在强度足够而吸收冲击能量不 足的问题， 易 导致支护构件 破断， 进而导致支护体系整体失效。 发明内容 [0004]针对现有技术存在的不足， 本发明的目的是提供地下工程支护体系高应变率动力 学试验与评价系统及方法， 利用可实现施加预应力条件下的冲击拉伸高应变率动力测试系 统， 对地下工程支护体系进行高应 变率动静耦合测试。 [0005]为了实现上述目的， 本发明是通过如下的技 术方案来实现： 第一方面， 本发明的实施例提供了地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价 系统， 包括水平设置的冲击管， 冲击管 由导向支架支撑， 冲击管底部开设有配合槽， 以使试 样端部固定器进入其中； 冲击管一端依次设有反力支座和承载托盘， 承载托盘连接气液复合油缸， 气液复 合油缸对承载托盘施加压力时对试样产生轴向拉力； 冲击管另一端设置气缸， 气缸连接撞 击杆。 [0006]作为进一步的实现方式， 所述试样端部固定器包括固定座， 固定座内设有安装槽， 安装槽一侧转动连接摇臂； 所述摇臂能够朝向安装槽另一侧转动以压紧顶套， 顶套用于固定试样端部 。 [0007]作为进一步的实现方式， 所述安装槽内设有液压千斤顶， 液压千斤顶的活塞端与 摇臂抵接。 [0008]作为进一 步的实现方式， 所述 安装槽另一侧内壁固定有冲击力传感器。 [0009]作为进一步的实现方式， 所述反力支座开设有冲击孔， 冲击孔、 撞击杆分别与冲击 管同轴设置； 冲击孔两侧对称设有第一凹槽 。说　明　书 1/5 页 3 CN 115308058 A 3