CN108613872A - 透明类岩石试件裂隙扩展监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种透明类岩石试件裂隙扩展监测系统及方法，属于岩石单轴压缩实验技术领域，对试件加载过程的破损过程进行监测。本发明的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统及方法，在非接触岩石试件的情况下，通过判断穿过透明类岩石试件在加载状态下的激光强度变化，计算机根据激光强度变化数据形成透明类岩石试件在持续加载状态下的多个设定时间点时的裂隙扩展三维图，用以分析透明类岩石试件在加载状态下的破损起点和裂隙的扩展路径和过程，达到对岩石试件定性分析的目的。

Description

透明类岩石试件裂隙扩展监测系统及方法

技术领域

本发明涉及岩石单轴压缩实验技术领域，特别是涉及一种透明类岩石试件裂隙扩展监测系统及方法。

背景技术

岩石单轴压缩实验是解决工程实际问题的基础，对于研究岩石的破损极限和过程是处理工程实际问题的关键。工程实际的问题大多通过相似模型进行处理，用以得出相似规律来解决问题。现有研究岩石在加载过程的破损大多为红外检测、声发射、CT扫描等。红外检测是对试件的外表面的观测对于内部变化无法检测；声发射检测受环境噪音等影响较大，对裂纹不能给出详细信息；CT扫描为非连续检测，对岩石的破损只能给出间断性结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透明类岩石试件裂隙扩展监测系统及方法，解决目前无法对试件加载过程的破损过程进行监测的技术问题。

本发明提供一种透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，透明类岩石试件裂隙扩展监测系统包括岩石单轴加载装置，岩石单轴加载装置的加载座上设置透明类岩石试件，透明类岩石试件的上方为岩石单轴加载装置的加载头；透明类岩石试件裂隙扩展监测系统还包括用于向透明类岩石试件发射激光的激光发射器、用于接收激光发射器发射来激光的激光接收板和用于采集激光强度数据并处理的计算机；岩石单轴加载装置的左右侧方向，一侧布置激光发射器，另一侧布置激光接收板；岩石单轴加载装置的前后侧方向，一侧布置激光发射器，另一侧布置激光接收板；激光发射器发射出的激光方向垂直激光接收板的板面，激光穿过透明类岩石试件；计算机分别信号连接两激光接收板。

进一步的，激光接收板包括基板，基板上均匀布置有多个光敏传感器，计算机信号连接光敏传感器。

进一步的，激光接收板还包括支撑框架，支撑框架内铰接基板，支撑框架上设置有调节螺丝，旋转调节螺丝其末端可压紧或脱离基板。

进一步的，激光发射器包括多个激光发射源，多个激光发射源发射的激光形成激光束，激光束覆盖透明类岩石试件。

进一步的，透明类岩石试件由环氧树脂胶和聚甲基丙烯酸甲酯颗粒混合而成。

本发明还提供一种透明类岩石试件裂隙扩展监测方法，应用上述的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，包括以下步骤：

步骤一、在岩石单轴加载装置的加载座上放置透明类岩石试件，在岩石单轴加载装置的左侧、前侧布置激光发射器，右侧、后侧布置激光接收板，将激光接收板连接计算机；

步骤二、将激光发射器的发射端对准透明类岩石试件，启动激光发射器朝透明类岩石试件发射激光，转动激光接收板的基板，使激光方向垂直基板的板面，旋转调节螺丝使其末端压紧基板；

步骤三、左侧的激光发射器向透明类岩石试件发射激光，激光穿过透明类岩石试件后，右侧的激光接收板记录激光强度，前侧的激光发射器向透明类岩石试件发射激光，激光穿过透明类岩石试件后，后侧的激光接收板记录激光强度，计算机经两激光接收板采集透明类岩石试件在未加载状态下的初始激光强度数据；

步骤四、启动岩石单轴加载装置，加载头与加载座对透明类岩石试件施加单轴加载，在加载的同时，左侧的激光发射器持续向透明类岩石试件发射激光，激光穿过透明类岩石试件后，右侧的激光接收板持续记录激光强度，前侧的激光发射器持续向透明类岩石试件发射激光，激光穿过透明类岩石试件后，后侧的激光接收板持续记录激光强度，计算机经两激光接收板持续采集透明类岩石试件在持续加载状态下的激光强度数据；

步骤五、计算机根据采集的在未加载状态下的初始激光强度数据和在持续加载状态下的激光强度数据，计算机根据本步骤上述数据处理形成透明类岩石试件在持续加载状态下的多个设定时间点时的裂隙扩展三维图。

与现有技术相比，本发明的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统及方法具有以下特点和优点：

本发明的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统及方法，在非接触岩石试件的情况下，通过判断穿过透明类岩石试件在加载状态下的激光强度变化，计算机根据激光强度变化数据形成透明类岩石试件在持续加载状态下的多个设定时间点时的裂隙扩展三维图，用以分析透明类岩石试件在加载状态下的破损起点和裂隙的扩展路径和过程，达到对岩石试件定性分析的目的。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例透明类岩石试件裂隙扩展监测系统的布置示意图；

图2为本发明实施例透明类岩石试件裂隙扩展监测系统中激光接收板的结构示意图；

图3为某一设定时间点左右方向上形成的X-0-Z的裂隙扩展二维图；

图4为某一设定时间点前后方向上形成的Y-0-Z的裂隙扩展二维图；

图5为某一设定时间点的裂隙扩展三维图；

其中，1、岩石单轴加载装置，11、加载头，12、加载座，2、激光发射器，3、激光接收板，31、支撑框架，32、基板，33、调节螺丝，34、支腿，4、透明类岩石试件，5、计算机。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例提供一种透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，透明类岩石试件裂隙扩展监测系统包括岩石单轴加载装置1，岩石单轴加载装置1的下端设置加载座12，加载座12上用于放置透明类岩石试件4，透明类岩石试件4的正上方为岩石单轴加载装置1的加载头11。岩石单轴加载装置1启动后，加载头11向下运行，加载头11与加载座12挤压位于二者之间的透明类岩石试件4，以对透明类岩石试件4进行单轴压缩实验。

本实施例中的透明类岩石试件4由环氧树脂A胶、B胶以及骨料PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)颗粒混合而成。将混合的环氧树脂A、B胶和骨料PMMA颗粒倒入相对应的模具中凝固、脱模、养护形成透明类岩石试件4。

透明类岩石试件裂隙扩展监测系统还包括激光发射器2、激光接收板3和计算机5，激光发射器2用于向透明类岩石试件4发射激光，激光穿过透明类岩石试件4后由激光接收板3接收，激光打在激光接收板3的各个光敏传感器上，由计算机5经光敏传感器采集激光强度数据并处理。

激光发射器2为第IIIa类激光产品，激光发射器2包括多个激光发射源，多个激光发射源发射的激光形成激光束，激光束可以覆盖透明类岩石试件4，以使激光可以穿过整个透明类岩石试件4。

激光接收板3包括基板32、支撑框架31和支腿34。支撑框架31的下端设置支腿34，以使支撑框架31支撑在岩石单轴加载装置1一侧。支撑框架31内铰接基板32，基板32上均匀布置有多个光敏传感器，支撑框架31上设置有调节螺丝33，旋转调节螺丝33其末端可压紧或脱离基板32，计算机5信号连接激光接收板3上的光敏传感器。

岩石单轴加载装置1的左右侧方向，一侧布置激光发射器2，另一侧布置激光接收板3；岩石单轴加载装置1的前后侧方向，一侧布置激光发射器2，另一侧布置激光接收板3；激光发射器2发射出的激光穿过透明类岩石试件4并打在激光接收板3基板32的光敏传感器上。激光发射器2发射出的激光方向垂直激光接收板3的板面。

本实施例还提供一种透明类岩石试件裂隙扩展监测方法，应用本实施例上述的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，包括以下步骤：

步骤一、根据实验需求按照不同的配比混合环氧树脂A、B胶和骨料PMMA颗粒倒入相对应的模具中凝固、脱模、养护形成透明类岩石试件4，在岩石单轴加载装置1的加载座12上放置透明类岩石试件4，在岩石单轴加载装置1的左侧、前侧布置激光发射器2，右侧、后侧布置激光接收板3，将激光接收板3连接计算机5；

步骤二、将激光发射器2的发射端对准透明类岩石试件4，启动激光发射器2朝透明类岩石试件4发射激光，转动激光接收板3的基板32，使激光方向垂直基板32的板面，旋转调节螺丝33使其末端压紧基板32；

步骤三、左侧的激光发射器2向透明类岩石试件4发射激光，激光穿过透明类岩石试件4后，右侧的激光接收板3记录激光强度，前侧的激光发射器2向透明类岩石试件4发射激光，激光穿过透明类岩石试件4后，后侧的激光接收板3记录激光强度，计算机5经两激光接收板3采集透明类岩石试件4在未加载状态下的初始激光强度数据；

步骤四、启动岩石单轴加载装置1，加载头11与加载座12对透明类岩石试件4施加单轴加载，在加载的同时，左侧的激光发射器2持续向透明类岩石试件4发射激光，激光穿过透明类岩石试件4后，右侧的激光接收板3持续记录激光强度，前侧的激光发射器2持续向透明类岩石试件4发射激光，激光穿过透明类岩石试件4后，后侧的激光接收板3持续记录激光强度，计算机5经两激光接收板3持续采集透明类岩石试件4在持续加载状态下的激光强度数据；

步骤五、计算机5根据采集的在未加载状态下的初始激光强度数据和在持续加载状态下的激光强度数据，计算机5根据本步骤上述数据处理形成透明类岩石试件4在持续加载状态下的多个设定时间点时的裂隙扩展二维图，并将裂隙扩展二维图合成为裂隙扩展三维图。其中，图3为某一设定时间点左右方向上形成的X-0-Z的裂隙扩展二维图，图4为某一设定时间点前后方向上形成的Y-0-Z的裂隙扩展二维图，图5为某一设定时间点的裂隙扩展三维图。

本实施例的透明类岩石试件裂隙扩展监测方法应用本实施例的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，在非接触岩石试件的情况下，通过判断穿过透明类岩石试件4在加载状态下的激光强度变化，计算机5根据激光强度变化数据形成透明类岩石试件4在持续加载状态下的多个设定时间点时的裂隙扩展三维图，用以分析透明类岩石试件4在加载状态下的破损起点和裂隙的扩展路径和过程，达到对岩石试件定性分析的目的。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，透明类岩石试件裂隙扩展监测系统包括岩石单轴加载装置，岩石单轴加载装置的加载座上设置透明类岩石试件，透明类岩石试件的上方为岩石单轴加载装置的加载头；其特征在于：透明类岩石试件裂隙扩展监测系统还包括用于向透明类岩石试件发射激光的激光发射器、用于接收激光发射器发射来激光的激光接收板和用于采集激光强度数据并处理的计算机；岩石单轴加载装置的左右侧方向，一侧布置激光发射器，另一侧布置激光接收板；岩石单轴加载装置的前后侧方向，一侧布置激光发射器，另一侧布置激光接收板；激光发射器发射出的激光方向垂直激光接收板的板面，激光穿过透明类岩石试件；计算机分别信号连接两激光接收板。

2.根据权利要求1所述的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，其特征在于：激光接收板包括基板，基板上均匀布置有多个光敏传感器，计算机信号连接光敏传感器。

3.根据权利要求2所述的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，其特征在于：激光接收板还包括支撑框架，支撑框架内铰接基板，支撑框架上设置有调节螺丝，旋转调节螺丝其末端可压紧或脱离基板。

4.根据权利要求1所述的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，其特征在于：激光发射器包括多个激光发射源，多个激光发射源发射的激光形成激光束，激光束覆盖透明类岩石试件。

5.根据权利要求1所述的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，其特征在于：透明类岩石试件由环氧树脂胶和聚甲基丙烯酸甲酯颗粒混合而成。

6.一种透明类岩石试件裂隙扩展监测方法，应用权利要求1至5任一项所述的透明类岩石试件裂隙扩展监测系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在岩石单轴加载装置的加载座上放置透明类岩石试件，在岩石单轴加载装置的左侧、前侧布置激光发射器，右侧、后侧布置激光接收板，将激光接收板连接计算机；

步骤二、将激光发射器的发射端对准透明类岩石试件，启动激光发射器朝透明类岩石试件发射激光，转动激光接收板的基板，使激光方向垂直基板的板面，旋转调节螺丝使其末端压紧基板；

步骤三、左侧的激光发射器向透明类岩石试件发射激光，激光穿过透明类岩石试件后，右侧的激光接收板记录激光强度，前侧的激光发射器向透明类岩石试件发射激光，激光穿过透明类岩石试件后，后侧的激光接收板记录激光强度，计算机经两激光接收板采集透明类岩石试件在未加载状态下的初始激光强度数据；

步骤四、启动岩石单轴加载装置，加载头与加载座对透明类岩石试件施加单轴加载，在加载的同时，左侧的激光发射器持续向透明类岩石试件发射激光，激光穿过透明类岩石试件后，右侧的激光接收板持续记录激光强度，前侧的激光发射器持续向透明类岩石试件发射激光，激光穿过透明类岩石试件后，后侧的激光接收板持续记录激光强度，计算机经两激光接收板持续采集透明类岩石试件在持续加载状态下的激光强度数据；

步骤五、计算机根据采集的在未加载状态下的初始激光强度数据和在持续加载状态下的激光强度数据，计算机根据本步骤上述数据处理形成透明类岩石试件在持续加载状态下的多个设定时间点时的裂隙扩展三维图。