CN104792621B - 一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统及方法，包括：数据采集与处理系统与渗压监测系统、电阻率监测系统和声发射监测系统分别连接，渗压监测系统、电阻率监测系统、声发射监测系统和供水系统分别与岩石试样连接；在单轴压缩试验条件下，进行岩石试样水力劈裂实验，数据采集与处理系统对渗压监测仪、声发射监测仪和电阻率监测仪采集到的数据进行归一化处理，生成同一坐标系下的数据变化曲线并显示。本发明有益效果：试验过程简单易行，试验结果准确可靠；有利于研究岩石试样在发生水力劈裂过程中多元前兆信息的同时采集，并进行统一对比；一次试验，达到了多种监测数据的同时获取，节省试验经费。
Description
技术领域
本发明涉及岩石试样破坏多元前兆信息检测技术领域，尤其涉及一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统及方法。
背景技术
在隧道修建过程中，当穿越岩溶地区时会发生因岩体水力劈裂破坏导致的突水突泥灾害。为了减少灾害造成的人员伤亡与财产损失，针对突水突泥灾害发生时岩体水力劈裂破坏前期的前兆信息进行灾害的预测预警。因此研究岩体水力劈裂破坏发生前表现出的不同前兆信息，通过对前兆信息的准确捕捉与辨识，充分掌握前兆信息的演化规律，进行有效预测预警。最终，通过监测岩石试样水力劈裂破坏多元前兆信息为研究工程中发生突涌灾害提供理论基础。
传统岩石试样破坏的信息监测项目单一，难以实现多元信息的同步实时监测；因各监测项目单独进行，不能进行各监测项目的对比研究，研究各种信息间彼此的内在影响与演化规律；同时缺少一套完整的多源信息数据融合系统，进行监测数据的融合整理。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有岩石破坏前兆信息监测技术的不足，提出了一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统及方法，该系统及方法集声发射、电阻率和渗压监测为一体，减少了试验次数，加强了试验过程中数据采集的精确性；同时满足了对获得数据的对比分析要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统，包括：岩石试样、供水系统、渗压监测系统、电阻率监测系统、声发射监测系统以及数据采集与处理系统；
所述数据采集与处理系统与渗压监测系统、电阻率监测系统和声发射监测系统分别连接，所述渗压监测系统、电阻率监测系统、声发射监测系统和供水系统分别与岩石试样连接；
在单轴压缩试验条件下，进行岩石试样水力劈裂实验，数据采集与处理系统对渗压监测仪、声发射监测仪和电阻率监测仪采集到的数据进行归一化处理，生成同一坐标系下的数据变化曲线并显示。
所述的岩石试样为圆柱体，底部钻有进水孔，供水系统中的压力水通过岩石试样底部的预留孔注入；压力水通过进水孔进入岩石试样内部，试样外表面不存在水的围压作用。
所述进水孔的横截面根据水量和水压条件下的不同，设计成不同的横截面。
所述的供水系统，带有水压监测装置，提供有压水，水压可调节范围在0～10Mpa。
所述的渗压监测系统包括：渗压监测仪和渗压传感器，渗压传感器沿水平向埋设在试样内部，所述渗压传感器与渗压监测仪连接，所述渗压监测仪接入数据采集与处理系统中，用于监测水力劈裂过程中渗压的变化。
所述的电阻率监测系统包括：铜粉电极和电阻率监测仪，所述铜粉电极布设在试样的外表面，并与电阻率监测仪连接，所述电阻率监测仪接入数据采集与处理系统中，用于监测试验电阻率的变化规律。
所述的声发射监测系统包括：监测探头和声发射监测仪，所述监测探头布设于试样表面，并与声发射监测仪连接，所述声发射监测仪接入数据采集与处理系统中，监测试样在水力劈裂破坏过程中声发射信号的变化。
所述的数据采集与处理系统包括：用于进行数据的整理与显示的计算机；
用于进行数据存取发的动态随机存取器和静态随机存取器。
一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统的工作方法，包括以下步骤：
(1)在岩石试样的底部钻孔，所述孔的截面积根据水量及水压条件设定；
(2)将渗压监测系统、电阻率监测系统以及声发射监测系统分别与岩石试样连接，并将岩石试样固定在单轴压缩设备中；
(3)将将渗压监测系统、电阻率监测系统以及声发射监测系统分别接入数据采集与处理系统中；
(4)岩石试样底部采用注水设备注入有压水，在轴向力及有压水的作用下进行劈裂试验；
(5)数据采集与处理系统将监测到的数据进行归一化处理，生成在同一坐标系下的变化曲线并显示。
本发明的有益效果是：
本发明通过研究岩体发生水力劈裂产生的前兆信息，研究在突水突泥过程中岩体破裂多元前兆信息的变化特征，从而达到预警突水突泥灾害的目的，其具有以下优点：
1、试验过程简单易行，试验结果准确可靠；
2、有利于研究岩石试样在发生水力劈裂过程中多元前兆信息的同时采集，并进行统一对比；
3、通过采用归一化的软件处理，达到在同一坐标系下进行各种采集数据的对比研究；
4、采用计算机的实时显示，更加实时准确的进行预警信息的判别；
5、一次试验，达到了多种监测数据的同时获取，节省试验经费。
附图说明
图1为本发明用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统结构示意图；
图2为本发明岩石试样示意图；
图3(a)为本发明岩石试样横截面为10mm×10mm的示意图；
图3(b)为本发明岩石试样横截面为10mm×15mm的示意图；
图3(c)为本发明岩石试样横截面为10mm×20mm的示意图。
其中，1.计算机，2.数据采集与处理系统，3.声发射监测仪，4.渗压监测仪，5.电阻率监测仪，6.声发射传感器，7.铜粉电极，8.渗压传感器，9.有压注水设备，10.岩石试样，11.钻孔。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
一种用于监测岩石试样10破坏多元前兆信息的系统，如图1所示，包括：岩石试样10、供水系统、渗压监测系统、电阻率监测系统、声发射监测系统以及数据采集与处理系统2；
数据采集与处理系统2与渗压监测系统、电阻率监测系统和声发射监测系统分别连接，渗压监测系统、电阻率监测系统、声发射监测系统和供水系统分别与岩石试样10连接；在单轴压缩试验条件下，进行岩石试样10水力劈裂实验，数据采集与处理系统2对渗压监测仪4、声发射监测仪3和电阻率监测仪5采集到的数据进行归一化处理，生成同一坐标系下的数据变化曲线并显示。
所述的岩石试样10结构如图2所示，试样为圆柱体，尺寸为Φ50mm×100mm，底部钻孔11，孔深60mm，孔的横截面分别设计为10mm×10mm、10mm×15mm、10mm×20mm；
所述的供水系统，供水系统通过试样底部的孔注入试样，并带有水压监测装置，提供有压水，水压可调节范围在0～10MPa；
所述的渗压监测系统包括：渗压监测仪4和渗压传感器8，渗压传感器8沿水平向埋设在试样内部，所述渗压传感器8与渗压监测仪4连接，所述渗压监测仪4接入数据采集与处理系统2中，用于监测水力劈裂过程中渗压的变化；渗压传感器采用TS-KY-1微型孔隙渗压力计；
所述的电阻率监测系统，电阻率监测系统包含铜粉电极7和电阻率监测仪5，电极布设在试样的外表面，并连入数据采集与处理系统2，监测试验电阻率的变化规律，电阻率监测系统中的电阻率监测仪5采用DUK-2B高密度电法仪；
所述的声发射监测系统，声发射监测系统包含监测探头和声发射监测仪3，监测探头布设于试样表面，连接声发射监测仪3，声发射监测仪3接入数据采集与处理系统2中，监测试样在水力劈裂破坏过程中声发射信号的变化特征，声发射监测系统中声发射监测仪3采用KJ551-II型分布式高精度微震监测仪；
所述的数据采集与处理系统2，数据采集与处理系统2内嵌归一化处理程序，并采用动态随机存取内存(DRAM)与静态随机存取内存(SRAM)两种存储方式，防止电源突然断电后数据丢失，同时具备实时存储监测信息的功能。
所述的计算机1，计算机1为进行数据的整理与可视化的设备。
所述单轴压缩试验，试验过程中压力水通过进水孔进入岩石试样10内部，试样外表面不存在水的围压作用。
具体操作方法为：
①首先在岩石试样10的底部钻取深60mm的钻孔11，为监测在不同水量和不同水压条件下的水力劈裂破坏前兆信息特征，钻孔11的横截面分别设计成1mm×1mm、1mm×1.5mm、1mm×2mm，如图3(a)-图3(c)所示；
②将渗压传感器8、声发射传感器6及铜粉电极7布设在岩石试样10中，将岩石试样10固定在单轴压缩设备中，底部采用有压注水设备9将有压水注入岩石试样10内部，在轴向力及内部有压水的作用下进行劈裂试验；
③渗压传感器8、声发射传感器6和铜粉电极7等监测元件的数据线分别接入渗压监测仪4、声发射监测仪3和电阻率监测仪5中，统一接入数据采集与处理系统2中，并连通计算机1；
④渗压监测仪4、声发射监测仪3和电阻率监测仪5将监测得到的数据在数据采集与处理系统2中进行归一化处理，生成在同一坐标系下的变化曲线，在计算机1中予以显示。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统，其特征是，包括：岩石试样、供水系统、渗压监测系统、电阻率监测系统、声发射监测系统以及数据采集与处理系统；
所述数据采集与处理系统与渗压监测系统、电阻率监测系统和声发射监测系统分别连接，所述渗压监测系统、电阻率监测系统、声发射监测系统和供水系统分别与岩石试样连接；
在单轴压缩试验条件下，进行岩石试样水力劈裂实验，数据采集与处理系统对渗压监测仪、声发射监测仪和电阻率监测仪采集到的数据进行归一化处理，生成同一坐标系下的数据变化曲线并显示；
所述的岩石试样为圆柱体，底部钻有进水孔，供水系统中的压力水通过岩石试样底部的预留孔注入；压力水通过进水孔进入岩石试样内部，试样外表面不存在水的围压作用；
所述的供水系统，带有水压监测装置，提供有压水，水压可调节范围在0~10Mpa；
所述的渗压监测系统包括：渗压监测仪和渗压传感器，渗压传感器沿水平向埋设在试样内部，所述渗压传感器与渗压监测仪连接，所述渗压监测仪接入数据采集与处理系统中，用于监测水力劈裂过程中渗压的变化。
2.如权利要求1所述的一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统，其特征是，所述进水孔的横截面根据水量和水压条件下的不同，设计成不同的横截面。
3.如权利要求1所述的一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统，其特征是，所述的电阻率监测系统包括：铜粉电极和电阻率监测仪，所述铜粉电极布设在试样的外表面，并与电阻率监测仪连接，所述电阻率监测仪接入数据采集与处理系统中，用于监测试验电阻率的变化规律。
4.如权利要求1所述的一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统，其特征是，所述的声发射监测系统包括：监测探头和声发射监测仪，所述监测探头布设于试样表面，并与声发射监测仪连接，所述声发射监测仪接入数据采集与处理系统中，监测试样在水力劈裂破坏过程中声发射信号的变化。
5. 如权利要求1所述的一种用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统，其特征是，所述的数据采集与处理系统包括：用于进行数据的整理与显示的计算机； 用于进行数据存取发的动态随机存取器和静态随机存取器。
6. 一种如权利要求1所述的用于监测岩石试样破坏多元前兆信息的系统的工作方法，特征是，包括以下步骤：
（1）在岩石试样的底部钻孔，所述孔的截面积根据水量及水压条件设定；
（2）将渗压监测系统、电阻率监测系统以及声发射监测系统分别与岩石试样连接，并将岩石试样固定在单轴压缩设备中；
（3）将将渗压监测系统、电阻率监测系统以及声发射监测系统分别接入数据采集与处理系统中；
（4）岩石试样底部采用注水设备注入有压水，在轴向力及有压水的作用下进行劈裂试验；
（5）数据采集与处理系统将监测到的数据进行归一化处理，生成在同一坐标系下的变化曲线并显示。
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