CN103207113A

CN103207113A - 一种岩石力学直剪过程声发射测试装置

Info

Publication number: CN103207113A
Application number: CN2013100911448A
Authority: CN
Inventors: 彭瑞; 赵光明; 孟祥瑞; 赵华安; 徐雪战; 张小波; 段传鑫; 杨敏
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-07-17

Abstract

一种岩石力学直剪过程声发射测试装置涉及对岩石力学直剪试验的装置。本发明为了解决现有的岩石力学直剪试验仪没有进行声发射测试，进而不能分析岩石的微观破坏的结构、能量损耗问题。它主要由上压头、底座、水平压头、下剪切盒、剪切环、试件、传力铁块、上剪切盒、传感器等构成。其特征是：上压头、水平压头分别加载法向和水平力；底座放置下剪切盒，其内部剪切环可放置试件，上剪切盒内有传力铁块；传感器通过上、下剪切盒以及剪切环内部的槽孔与试件接触。这样一个试验仪根据其结构特点在进行剪切试验时，由声发射测试装置建立关于撞击数、剪切力、能量积聚等随时间变化的相关图，可以从微观结构上了解试件强度和性质。

Description

一种岩石力学直剪过程声发射测试装置

技术领域

本发明涉及一种岩石力学直剪试验过程声发射测试装置，其适用于矿山、隧道、地下工程中取出的岩石进行直剪试验过程的声发射测试。

背景技术

矿山井下冒顶、顶底板突水、冲击地压等灾害事故时有发生，给国家和人民的生命财产造成极大危害，这些灾害事故的发生均与岩体破裂失稳密切相关。岩石材料在承受荷载时，其内部将产生局部弹塑性能集中现象，当能量积聚到某一临界值之后，引起微裂隙的产生与扩展，必然伴随弹性波或应力波在周围岩体中的快速释放和传播，产生声发射现象。通过对声发射信号的采集、处理、分析研究，可以推断其内部的形态变化，反演其破坏机理，预测其破裂失稳。弹性波或应力波的释放过程，相对于较大尺度的岩体，由于高频衰减得快，检测到信号的频率较低但是能量大，通常在20～200Hz，称为微地震；对于小尺度的岩样，检测到的波的频率通常大于200Hz并且能量很小，称为声发射。虽然岩样和岩体的尺度及微震信号能量差别很大，但其原理是相似的。声发射现象是岩石剪切破裂失稳的前兆信息，研究科学合理的岩石剪切破裂声发射实验方法，在实验基础上探讨声发射信号与岩石内部损伤演化过程的关系，得出符合实际的岩石剪切破裂声发射预测方法，对于采用声发射（微地震）监测技术预防灾害事故发生具有重要理论意义。

岩石力学直剪试验装置与声发射测试装置相结合，能够监测岩石剪切破裂过程中产生的声发射信息，进而利用声发射信息预测岩石损伤破裂的演化过程。

本系统引进的试验机是由目前比较先进的岩石力学直剪试验仪，提供一种结构简单成本低廉，便于携带、易拆卸与安装、使用的岩石力学直剪试验仪。

这种岩石力学直剪试验装置容易进行岩石力学剪切试验，进而获得岩石的力学和变形参数，如c、

和剪切强度、抗压强度，以及变形。其存在以下的不足：

①现有的岩石力学直剪试验仪测试的数据通过压力表得出，没有分析系统装置，无法进行高精度的测试；

②实验过程中对试块的内部破坏不能进行实时动态监测；

③对试件的内部破坏区域分布不能观测到，而只能得到破坏的结果；

④对于岩石内部损伤程度、能量积聚程度与剪切应力、抗压强度随时间变化的关系不能反映出来；

因此，需要对上述岩石力学直剪试验仪进行改进。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的岩石力学直剪试验仪没有声发射测试装置，存在的如下问题：测试的数据通过压力表得出，没有分析系统装置，无法进行高精度的测试；实验过程中对试块的内部破坏不能进行实时动态监测；对试件的内部破坏区域分布不能观测到，而只能得到破坏的结果；对于岩石内部损伤程度、能量积聚程度与剪切应力、抗压强度随时间变化的关系不能反映出来。

解决以上技术问题所采用的技术方案是：一种岩石力学直剪过程声发射测试装置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），其内部有一个圆柱形槽用于放置剪切环（5），剪切环内部设置成任意形状的槽子用于放置不同形状试件（6），上剪切盒（8）内部可以放置传力铁块（7）；传感器（9）穿过上、下剪切盒以及剪切环四周共打的12个槽孔与岩石试件接触，其中下剪切盒与剪切环的槽孔是对应的，对应需要安装8个传感器，外接到声发射的8个通道，进行剪切试验时，利用上压头法向加载，水平压头水平加载，试块将沿着剪切面破坏，8个传感器接收信号通过8个通道传输给声发射测试装置，得出的数据经测试装置分析。

本发明具有的优点和积极效果是：上、下剪切盒以及剪切环四周预留12个槽孔，其中下剪切盒与剪切环的槽孔是对应的，共8个对应槽孔，将8个传感器穿过这8个对应槽孔与试件直接相连；为便于安装传感器，每个传感器最大直径与槽孔的直径相同，传感器与试块相连部分涂抹粘合剂。使用这样一种岩石力学直剪试验过程声发射测试装置，用声发射测试装置代替原试验仪的压力表进行测试，从而能实时监测试件微观结构上的多种参数之间随时间变化的关系。

附图说明

图1是现有的试验仪受压部件图；

图2是本发明的布置示意图；

图3是下剪切盒立体图；

图4是下剪切盒俯视图；

图5是上剪切盒立体图；

图6是上剪切盒俯视图。

图中：1—上压头；2-底座；3-水平压头；4-下剪切盒；5—剪切环；6—试件；7—传力铁块；8—上剪切盒；9—传感器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如果要做某一种不同含水状态下砂岩剪切过程中声发射特性试验研究，首先选取一组砂岩试样，采用湿式加工法将所采集的砂岩试样加工成长、宽、高均为40mm的正方体试件，试件加工成形后，再使用Cw600,Cw800,Cw1200和Cw2000四级砂纸对试件表面进行分级打磨，使其各端面平整度误差控制在0.02mm以内。试验考虑了饱和度分别为0%、50%和100%三种不同含水状态。根据相关试验规范要求，三种典型含水状态下试件的具体处理方法如下：（a）饱和度为0%：将试件置于105℃的烘箱内烘干48h;(b)饱和度50%：以饱和含水率为标准，将试件烘干后置于纯水中浸泡1h；（c）饱和度为100%：将试件烘干后置于水中煮沸6h。

采用一种岩石力学直剪试验过程声发射测试装置开展剪切试验。一种岩石力学直剪试验过程声发射测试装置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），下剪切盒内部有一个圆柱形槽用于放置剪切环（5），剪切环内部可以设置成任意形状的槽子用于放置不同形状试件（6），上剪切盒（8）内部放置传力铁块（7）；传感器（9）穿过上、下剪切盒以及剪切环四周共打的12个槽孔与岩石试件接触，其中下剪切盒与剪切环的槽孔是对应的，对应需要安装8个传感器，外接到声发射测试装置的8个通道，其安装的具体形式如说明书的附图所示，在每个传感器头部涂抹粘合剂使传感器与试块紧密相连接；进行加载剪切试验时，利用上压头（1）给予法向加载；水平压头（3）负责提供水平力加载，8个传感器接收信号通过8个通道传输给声发射分析仪，得出的数据经声发射测试装置分析，建立关于撞击数与剪切力随时间变化的相关图，撞击数与时间相关图，剪切力与时间的相关图。从而得出不同饱和度的试件损伤多少与剪切应力值大小随时间变化的关系，损伤多少随时间变化的关系，剪切应力大小随时间变化的关系。试验中，设定声发射测试装置的主放为40dB，门槛值为40dB，探头谐振频率为20～400KHz，采样频率为10⁶次/s，这样得出的波形图更加完整。

Claims

1.一种岩石力学直剪过程声发射测试装置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），其内部有一个圆柱形槽用于放置剪切环（5），剪切环内部设置成任意形状的槽子用于放置不同形状试件（6），上剪切盒（8）内部放置传力铁块（7）；传感器（9）穿过上、下剪切盒以及剪切环四周共打的12个槽孔与岩石试件接触，其中下剪切盒与剪切环的槽孔是对应的，对应需要安装8个传感器，外接到声发射测试装置的8个通道，其特征在于：该装置在进行岩石力学直剪试验过程中，利用声发射测试装置，对岩石内部损伤程度进行实时监测。

2.如权利要求1所述一种岩石力学直剪过程声发射测试装置，其特征在于：上、下剪切盒以及剪切环四周预留12个槽孔，其中下剪切盒与剪切环的槽孔是对应的，将8个传感器穿过这些槽孔与试件直接相连。

3.根据权利要求1所述一种岩石力学直剪过程声发射测试装置，其特征在于：用声发射测试装置代替原试验仪的压力表进行测试。