本实用新型涉及岩石力学试验设备技术领域，具体涉及一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置。
背景技术：
采用静态高压水作用于经钻孔岩石的内部，使之达到或超过其强度极限而产生破坏，这种在高速动态作用下破碎岩石的方法称为高水压破岩；此种破岩方法由于采用纯物理方法破岩，在此过程中，并无其他化学材料的加入，因此使得破岩后得到的岩层岩理性质不会发生变化，不会影响使用时的岩层岩理性质的要求，因此得以广泛使用；
在名称为“高水压破岩装置”的专利（专利号：86209430.5）公开了一种对任意形状岩石孔口直接一次性实现高封压的装置，该装置实现了在采掘现场的高水压破岩和二次破岩，但是，由于试验设备及加载条件的限制，开展高水压破岩的室内试验研究存在诸多的难点；而分离式分离式霍普金森压杆试验装置是实现岩石类材料冲击力学性能研究的重要试验设备，自问世以来，已经在岩石的冲击压缩、动态拉伸等领域取得了一系列的研究成果；
但是，在进行静态高压水破岩的过程中，如何将具有一定压力的静态高压水密封在试件1的内部，是进行静态高压水破岩的关键，而在现有技术中，并无关于将高压水密封在试件1内部的结构的相关报道和设计。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，通过对利用分离式霍普金森压杆破岩的封压装置进行设计，使之能够将具有一定压力的静态高压水密封在试件内，进行岩石试件在静态高压水作用下的动态破碎试验，具有结构设计合理，使用方便简单的特点。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，包括活塞杆、封压套筒和橡胶圈，活塞杆包括一体成形的圆形底座和长杆，圆形底座的直径与封压套筒相等，封压套筒紧密套接在长杆上，并沿着圆弧形凹槽自由滑动，且在封压套筒的外表面等距设置有不少于一个环形凹槽，橡胶圈安装在环形凹槽内。
优选的，所述的长杆的外表面上等分设置有至少一个圆弧形凹槽，环形凹槽上等分设置有与圆弧形凹槽数量相同的圆孔，圆孔与设置在橡胶圈上的圆柱形封压顶针配合使用。
优选的，所述的圆弧形凹槽的设置位置与圆孔的设置位置相同，封压顶针穿过圆孔将橡胶圈安装在封压套筒外侧的环形凹槽内，且封压顶针的末端卡合在圆弧形凹槽内。
优选的，所述的圆弧形凹槽靠近长杆杆端的部分深度较深，且圆弧形凹槽的深度由杆端向圆形底座方向逐渐减小。
优选的，所述的圆形底座上设置有两个径向对称的第一注水孔，圆形底座的试验试件内的钻孔的直径匹配。
优选的，所述的封压套筒上设置有两个径向对称的第二注水孔，第二注水孔与设置在圆形底座上的第一注水孔直径相同，且所述第一注水孔与第二注水孔错位设置。
优选的，所述的环形凹槽、圆弧形凹槽和圆孔均设置有3个。
本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，与现有技术相比，本实用新型的改进之处在于：
本实用新型设计了一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，包括活塞杆、封压套筒和橡胶圈，在使用时，通过将封压装置的注水口与高水压注水机构相连，通过高水压注水机构对钻孔内注入具有一定初始静水压力的高压水，并在注水的过程中由于水压力的作用使得活塞杆逐渐向外移动，由于凹槽靠近底座方向的深度越来越小，使得封压顶针逐渐沿径向向外移动，导致橡胶圈与钻孔孔壁贴合越来越紧密，来实现对高压水的密封，具有结构设计合理，使用方便简单的优点。
附图说明
图1为本实用新型基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置的结构示意图。
图2为本实用新型封压装置的结构示意图。
图3为本实用新型活塞杆的结构示意图。
图4为本实用新型封压套筒的结构示意图。
图5为本实用新型橡胶圈的结构示意图。
图6为本实用新型封压装置的主视图。
图7为本实用新型封压装置主视图1-1剖切面上的局部放大图。
图8为本实用新型封压装置主视图2-2剖切面上的局部放大图。
图9为本实用新型封压装置主视图3-3剖切面上的局部放大图。
图10为本实用新型封压套筒的主视图。
图11为本实用新型封压套筒主视图4-4剖切面上的局部放大图。
图12为本实用新型试件的结构示意图。
图13为本发明封闭实验室的结构示意图。
其中：1.试件，2.封压装置，3.活塞杆，31.圆形底座，32.长杆，321.圆弧形凹槽，4.封压套筒，41.环形凹槽，5.橡胶圈，6.封压顶针，7.第一注水孔，71.第二注水孔，8.圆孔，9.钻孔，10.高水压注水机构，11.封闭实验室，12.前面板，121.第一圆孔，13.后面板，131.第二圆孔，14.侧面板，15.顶面板，16.底面板，17.基座，18.锁扣，19.入射杆，20.透射杆，21.打击杆；22.大气包；23.吸能装置；24.连接螺栓。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。
本实用新型的目的在于提供一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，在传统的分离式霍普金森压杆系统基础之上进行高水压破岩试验装置改造，通过高水压注水机构对含有钻孔的岩石试件注入具有一定初始静水压力的高压水，利用霍普金森压杆系统的打击杆提供高强度的冲击荷载，来进一步实现试件的瞬间超高水压环境，以解决现有试验设备及试验技术中无法有效的进行高水压破岩室内模拟实验的难题。
实现上述目的的技术解决方案如下：
参照附图1-13所示的一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，包括活塞杆3、封压套筒4、橡胶圈5和封压顶针6，活塞杆3包括一体成形的圆形底座31和长杆32，长杆32的直径与分离式分离式霍普金森压杆中入射杆19的直径匹配，且在长杆32的外表面上等分设置有圆弧形凹槽321，封压套筒4紧密套接在长杆32上，并可沿着长杆32上的圆弧形凹槽321自由滑动，所述封压套筒4的外表面等距分布有三个环形凹槽41，每个环形凹槽41上均等分设置有圆孔8，圆孔8与圆弧形凹槽321的位置相同，所述橡胶圈5内附有三个圆柱形的封压顶针6，并通过封压顶针6穿过圆孔8将橡胶圈5安装在环形凹槽41内，且封压顶针6的末端卡合在圆弧形凹槽321内，对封压套筒4进行限位。
优选的，为了使得封压套筒4在移动过程中，可以实现封压的效果，所述的圆弧形凹槽321靠近长杆32杆端的部分深度较深，且圆弧形凹槽的深度由杆端向圆形底座31方向逐渐减小。
优选的，本实用新型所述的所述的封压装置在使用时，是安装在试件1内部的钻孔9内的，所述试件1为圆柱形，圆柱形钻孔9设置在试件1内部中心位置，且试件1的直径与分离式分离式霍普金森压杆中透射杆20的直径匹配，且钻孔9的直径为试件1直径的1/4~1/3，钻孔9的深度为试件1长度的2/3~3/4。
优选的，所述的圆形底座31上设置有两个径向对称的第一注水孔7，圆形底座31的直径钻孔9的直径匹配。
优选的，所述的封压套筒4上还设置有两个径向对称的第二注水孔71，第二注水孔71与设置在圆形底座31上的第一注水孔7的直径相同，且为当封压套筒4与圆形底座31紧密接触时实现密封高压水的作用，所述的第一注水孔7与第二注水孔71错位设置。
优选的，所述的环形凹槽41、圆弧形凹槽321和圆孔8的设置个数优选设置3个。
封压装置的工作原理为：
橡胶圈5通过内附的三个封压顶针6与封压套筒4连接，封压顶针6嵌入长杆32上的圆弧形凹槽321中，将封压套筒4靠近圆形底座31的一侧与圆弧形凹槽321深度变化处对齐作为压套筒4在长杆32上的初始位置；将封压装置2安装于试件1的钻孔9内；随着钻孔9内水压的增大，推动活塞杆3的圆形底座31向钻孔外移动，进而使得封压套筒4与圆形底座31之间的相对距离逐渐减小，由于圆弧形凹槽321靠近圆形底座31方向的深度越来越小，使得封压顶针6逐渐沿径向向外移动，导致橡胶圈5与钻孔9的孔壁贴合越来越紧密，实现密封高压水的作用。
所述基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置的使用原理及使用流程为：
（2）首先将封压装置安装于试件1的钻孔9内，并通过橡胶圈5及橡胶圈5上的封压顶针6与试件1紧密贴合，并将试件1放入密闭试验室11中，同时保证试件1的尾部与透射杆20的端部对准，长杆32的端部与入射杆19对齐；
（3）将第二注水孔71的端部与高水压注水机构10上的注水导管连接，同时控制高水压注水机构10的注水导管分别通过封压套筒4上的第二注水孔71和活塞杆圆形底座上的第一注水孔7向试件1的钻孔9内注入具有一定初始静水压力的高压水，并在注水后密封钻孔9内的高压水；
（4）将入射杆19与活塞杆3的长杆32的端部对准，通过分离式霍普金森压杆的打击杆21对入射杆19施加高强度冲击荷载，进而使得通过圆形底座31对钻孔9内的高压水施加瞬间的超高水压，实现试件1在高水压环境下的动态破岩试验。
其中：所述的密闭试验室11为可拆卸式长方体结构，包括前面板12、后面板13、两个侧面板14、顶面板15和底面板16，所述前面板12、后面板13、两个侧面板14和底面板16之间均通过连接螺栓24连接，所述顶面板15通过锁扣18与两个侧面板14连接，构成密闭试验室，将所述试件1安装在密闭试验室的空腔内；且所述的前面板12中心有第一圆孔121，第一圆孔121的直径大于活塞杆3的圆形底座31的直径，便于将封压机构2放入，同时便于入射杆对长杆32的端部进行击打；所述的后面板13的中心设置有第二圆孔131，第二圆孔131的直径与试件1的直径匹配，便于透射杆20对试件1的尾部进行支撑；所述的底面板16上设置有两个对称的基座17，基座17为圆弧形，直径与试件1的直径匹配，使用时，将试件1安放在基座17上，并利用透射杆20对试件1的尾部进行支撑。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，其特征在于：包括活塞杆(3)、封压套筒(4)和橡胶圈(5)，活塞杆(3)包括一体成形的圆形底座(31)和长杆(32)，圆形底座(31)的直径与封压套筒(4)相等，封压套筒(4)紧密套接在长杆(32)上，并沿着圆弧形凹槽(321)自由滑动，且在封压套筒(4)的外表面等距设置有不少于一个环形凹槽(41)，橡胶圈(5)安装在环形凹槽(41)内。
2.根据权利要求1所述的一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，其特征在于：所述的长杆(32)的外表面上等分设置有至少一个圆弧形凹槽(321)，环形凹槽(41)上等分设置有与圆弧形凹槽(321)数量相同的圆孔(8)，圆孔(8)与设置在橡胶圈(5)上的圆柱形封压顶针(6)配合使用。
3.根据权利要求2所述的一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，其特征在于：所述的圆弧形凹槽(321)的设置位置与圆孔(8)的设置位置相同，封压顶针(6)穿过圆孔(8)将橡胶圈(5)安装在封压套筒(4)外侧的环形凹槽(41)内，且封压顶针(6)的末端卡合在圆弧形凹槽(321)内。
4.根据权利要求1所述的一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，其特征在于：所述的圆弧形凹槽(321)靠近长杆(32)杆端的部分深度较深，且圆弧形凹槽的深度由杆端向圆形底座(31)方向逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，其特征在于：所述的圆形底座(31)上设置有两个径向对称的第一注水孔(7)，圆形底座(31)的试验试件(1)内的钻孔(9)的直径匹配。
6.根据权利要求5所述的一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，其特征在于：所述的封压套筒(4)上设置有两个径向对称的第二注水孔(71)，第二注水孔(71)与设置在圆形底座(31)上的第一注水孔(7)直径相同，且所述第一注水孔(7)与第二注水孔(71)错位设置。
7.根据权利要求1所述的一种基于分离式霍普金森压杆高水压破岩试验的封压装置，其特征在于：所述的环形凹槽(41)、圆弧形凹槽(321)和圆孔(8)均设置有3个。
技术总结