CN109490108A - 一种岩石介质内应力波测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种岩石介质内应力波测量装置和方法，包括岩石靶标、压力传感器、钢板圆箍和素混凝土；压力传感器分层夹装在岩石靶标中部，钢板圆箍设置在岩石靶标外侧，素混凝土填充在钢板圆箍与岩石靶标之间的缝隙中；所述的岩石靶标整体为水平设置的圆柱体结构的岩石，由头层板、中间板和末层板构成；本发明是通过在岩石靶标的内部分层合理设置压力传感器，并通过钢板圆箍进行加固，有效的解决了以往测量装置和方法存在的测量数据不准确的问题，并可以得到岩石靶标内多个不同位置的准确压力数据，大大提高了测试数据的有效性和准确性，不仅适用于岩石介质中的应力波测量，也适用于混凝土等固体介质中的应力波测量。

Description

一种岩石介质内应力波测量装置和方法

技术领域

本发明涉及岩石动态力学领域，本发明公开了一种岩石介质内应力波测量装置和方法。

背景技术

随着我国大量基础工程设施和冶金矿山的修建，岩石动力学在众多工程领域越来越受到重视，在隧道施工、矿山开采等实际工程中，大多数岩体都会不同程度地受到动态载荷的作用，研究这些工程问题都会涉及到冲击荷载作用下的岩石动态力学性能，而岩石介质内应力波特性的研究是不可缺少的重要一项，岩石内应力波特性的研究需要进行炸药爆炸或弹体侵彻岩石等固体介质内应力波的测量，目前岩石介质内应力波研究时使用的测量装置和方法均采用在直接在岩石表面或浅层设置压力传感器的方法进行测量，因此存在岩石介质内应力波测试结果不准确、测量数据有效性低、精度不高的情况，不能为后期的技术研究提供准确的数据；因此需要一种装置和方法来解决现有岩石介质内应力波测试结果不准确、测量数据有效性低、精度不高的问题。

发明内容

本发明提出一种岩石介质内应力波测量装置和方法，用于解决现有岩石介质内应力波测试结果不准确、测量数据有效性低、精度不高的问题。

本发明的目的采用如下技术方案来实现：

一种岩石介质内应力波测量装置，包括岩石靶标、压力传感器、钢板圆箍和素混凝土；压力传感器分层夹装在岩石靶标中部，钢板圆箍设置在岩石靶标外侧，素混凝土填充在钢板圆箍与岩石靶标之间的缝隙中；所述的岩石靶标整体为水平设置的圆柱体结构的岩石，由头层板、中间板和末层板构成，头层板设置在左侧，末层板设置在右侧，中间板均匀叠加设置在头层板和末层板之间，头层板、中间板和末层板为同轴设置，头层板、中间板和末层板之间通过环氧树脂等粘结剂连接；所述的头层板为圆柱形结构，头层板的左右端面平行，头层板的外圆上对称设置有吊装孔；所述的中间板为圆柱形结构，中间板的左右端面平行，中间板的左侧端面上中部设置有两个长方形的中间板传感器安装槽，两个中间板传感器安装槽为直角夹角设置，两个中间板传感器安装槽与外圆之间设置有两个相互垂直的中间板过线槽，中间板的外圆上对称设置有吊装孔，中间板的外圆直径与头层板外圆直径一致，中间板的厚度小于头层板的厚度；所述的末层板为圆柱形结构，末层板的左右端面平行，末层板的外圆上对称设置有吊装孔，末层板的左侧端面上中部设置有两个末层板传感器安装槽，两个末层板传感器安装槽之间为直角夹角设置，两个末层板传感器安装槽与外圆之间设置有相互垂直末层板过线槽，末层板过线槽的位置和方向与中间板过线槽的位置和方向一致，末层板的外圆直径与头层板外圆直径一致，末层板的厚度与头层板的厚度一致。

所述的钢板圆箍为圆筒形结构，钢板圆箍的外侧对称设置有吊装柄，钢板圆箍外圆与中间板过线槽和末层板过线槽对应的位置分别设置有过线孔，钢板圆箍的内侧直径大于岩石靶标的外圆直径，钢板圆箍的长度与岩石靶标的长度一致。

所述的压力传感器为膜片压力传感器，压力传感器分别设置在岩石靶标中间层传感器安装槽内和末层板传感器安装槽内，各压力传感器通过电缆从岩石靶标的中间层过线槽和末层板过线槽引出，电缆再穿过钢板圆箍的过线孔与外围测量设备连接。

所述的素混凝土为高强度混凝土，素混凝土左右两端与岩石靶标左右两端面平齐，素混凝土内钢板圆箍过线孔与中间板过线槽和末层板过线槽之间设置有过线管。

所述的中间板至少由两个构成。

一种岩石介质内应力波测量方法，岩石内应力波测量包括以下步骤：

①根据试验所需测量的压力范围和测试点数量，确定压力传感器的类型、数量，确定岩石靶标头层板、中间板和末层板的材质、厚度和数量；

②将压力传感器与岩石靶标中间层传感器安装槽和末层板传感器安装槽匹配安装好，并通过粘结剂固定，将电缆一端与压力传感器连接，电缆另一端通过上中间板过线槽和末层板过线槽引出；

③在头层板、中间板和末层板内侧接触的端面涂上环氧树脂等粘结剂，将中间板和末层板按照次序从头层板的右侧逐层对齐粘结；

④将钢板圆箍通过两侧的吊装柄放置到粘结完成的岩石靶标外侧，并使岩石靶标的圆外侧与钢板圆箍的内侧保持均匀的间隙，并将电缆端头从钢板圆箍的过线孔穿出；

⑤在岩石靶标的外圆与钢板圆箍的内圆之间间隙用素混凝土包裹填充实，素混凝土内部分电缆的外侧设置有过线管；

⑥电缆外端连接适配器，适配器再与高速数据采集记录仪连接；

⑦调试高速数据采集记录系统，并设置相关参数，使系统处于可测量状态；

⑧在岩石靶标头层板左侧表面安装炸药，点火进行爆炸试验，或者装弹、发射，进行弹体侵彻试验；

⑨高速数据采集记录仪记录到弹体侵彻岩石靶标时所产生的应力波-时间历程，通过数据处理获得应力波峰值、作用时间和传播规律。

本发明采用以上技术方案，取得了良好的效果：本发明是通过在岩石靶标的内部分层合理设置压力传感器，并通过钢板圆箍进行加固，有效的解决了以往测量装置和方法存在的数据不准确的问题，并得到岩石靶标内多个不同位置的准确压力数据，大大提高了测试数据的有效性和准确性，不仅适用于岩石介质中的应力波测量，也适用于混凝土等固体介质中的应力波测量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2为图1中A-A的剖视图。

图3为图1的中间板。

图4为图1的末层板。

图中：1、钢板圆箍，2、电缆，3、素混凝土，3.1、过线管，4、末层板，5、中间板，6、头层板，7、压力传感器，8、过线孔，9、吊装柄，10、吊装孔，11、中间板过线槽，12、中间板传感器安装槽，13、末层板过线槽，14、末层板传感器安装槽。

具体实施方式

结合附图对本发明加以说明。

如图1、图2、图3、图4所示一种岩石介质内应力波测量装置，包括岩石靶标、压力传感器7、钢板圆箍1和素混凝土3；所述的岩石靶标整体为水平设置的圆柱体结构的岩石，由头层板6、中间板5和末层板4构成，头层板6设置在左侧，末层板4设置在右侧，中间板5均匀叠加设置在头层板6和末层板4之间，头层板6、中间板5和末层板4为同轴设置，头层板6、中间板5和末层板4之间通过环氧树脂等粘结剂连接；所述的头层板6为圆柱形结构，头层板6的左右端面平行，头层板6的外圆上对称设置有吊装孔；所述的中间板5为圆柱形结构，中间板5的左右端面平行，中间板5的左侧端面上中部设置有两个长方形的中间板传感器安装槽12，两个中间板传感器安装槽12为直角夹角设置，两个中间板传感器安装槽12与外圆之间设置有两个相互垂直的中间板过线槽11，中间板5的外圆上对称设置有吊装孔10，中间板5的外圆直径与头层板6外圆直径一致，中间板5的厚度小于头层板6的厚度，所述的中间板5至少由两个构成；所述的末层板4为圆柱形结构，末层板4的左右端面平行，末层板4的外圆上对称设置有吊装孔，末层板4的左侧端面上中部设置有两个末层板传感器安装槽14，两个末层板传感器安装槽14之间为直角夹角设置，两个末层板传感器安装槽14与外圆之间设置有相互垂直的末层板过线槽13，末层板过线槽13的位置和方向与中间板过线槽11的位置和方向一致，末层板4的外圆直径与头层板6外圆直径一致，末层板4的厚度与头层板6的厚度一致；

所述的钢板圆箍1设置在岩石靶标外侧，钢板圆箍1为圆筒形结构，钢板圆箍1的外侧对称设置有吊装柄8，钢板圆箍1外圆与中间板过线槽10和末层板过线槽12对应的位置分别设置有过线孔8，钢板圆箍1的内侧直径大于岩石靶标的外圆直径，钢板圆箍1的长度与岩石靶标的长度一致；

所述的压力传感器7分层夹装在岩石靶标中间板5和末层板4中部，压力传感器7为膜片压力传感器，压力传感器7分别设置在岩石靶标中间层传感器安装槽内12和末层板传感器安装槽14内，各压力传感器7通过电缆2从岩石靶标的中间层过线槽11和末层板过线槽13引出，电缆2再穿过钢板圆箍1的过线孔8与外围测量设备连接；

所述的素混凝土3填充在钢板圆箍1与岩石靶标之间的缝隙中，素混凝土3为高强度混凝土，素混凝土3左右两端与岩石靶标左右两端面平齐，素混凝土3内钢板圆箍1过线孔8与中间板过线槽11和末层板过线槽13之间设置有过线管3.1。

本发明还是一种岩石介质内应力波测量方法，岩石内应力波测量包括以下步骤：

①根据试验所需测量的压力范围和测试点数量，确定压力传感器的类型、数量，确定岩石靶标头层板6、中间板5和末层板4的材质、厚度和数量；本实施例岩石靶标头层板6采用φ1000*250的岩石板，中间板5采用3层φ1000*100的岩石板叠加，末层板4采用φ1000*250的岩石板；

②将压力传感器7与岩石靶标中间层传感器安装槽12和末层板传感器安装槽14匹配安装好，并通过粘结剂固定，将低噪声电缆2一端与压力传感器7连接，低噪声电2缆另一端通过上中间板过线槽11和末层板过线槽13引出；

③在头层板6、中间板5和末层板4内侧接触的端面涂上环氧树脂等粘结剂，将中间板5和末层板4按照次序从头层板4的右侧逐层对齐粘结，并给予适当压力，使粘结面贴合紧密牢靠；

④将钢板圆箍1通过两侧的吊装柄9放置到粘结完成的岩石靶标外侧，并使岩石靶标的圆外侧与钢板圆箍1的内侧保持均匀的间隙，并将电缆2端头从钢板圆箍1的过线孔8穿出；

⑤在岩石靶标的外圆与钢板圆箍的内圆之间间隙用素混凝土3包裹填充实，保证素混凝土内没有空隙，并使素混凝土3两端与钢板圆箍两端平齐，素混凝土3内的部分电缆2的外侧设置有过线管3.1；

⑥电缆2外端连接适配器，适配器再与高速数据采集记录仪连接；

⑦调试高速数据采集记录系统，并设置相关参数，使系统处于可测量状态；

⑧在岩石靶标头层板左侧表面安装炸药，点火进行爆炸试验，或者采用发射装置进行装弹、发射，对岩石靶标进行弹体侵彻试验；

⑨高速数据采集记录仪记录到弹体侵彻岩石靶标时所产生的应力波-时间历程，通过数据处理获得应力波峰值、作用时间和传播规律。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (6)

1.一种岩石介质内应力波测量装置，包括岩石靶标、压力传感器、钢板圆箍和素混凝土；其特征是：压力传感器分层夹装在岩石靶标中部，钢板圆箍设置在岩石靶标外侧，素混凝土填充在钢板圆箍与岩石靶标之间的缝隙中；所述的岩石靶标整体为水平设置的圆柱体结构的岩石，由头层板、中间板和末层板构成，头层板设置在左侧，末层板设置在右侧，中间板均匀叠加设置在头层板和末层板之间，头层板、中间板和末层板为同轴设置，头层板、中间板和末层板之间通过环氧树脂等粘结剂连接；所述的头层板为圆柱形结构，头层板的左右端面平行，头层板的外圆上对称设置有吊装孔；所述的中间板为圆柱形结构，中间板的左右端面平行，中间板的左侧端面上中部设置有两个长方形的中间板传感器安装槽，两个中间板传感器安装槽为直角夹角设置，两个中间板传感器安装槽与外圆之间设置有两个相互垂直的中间板过线槽，中间板的外圆上对称设置有吊装孔，中间板的外圆直径与头层板外圆直径一致，中间板的厚度小于头层板的厚度；所述的末层板为圆柱形结构，末层板的左右端面平行，末层板的外圆上对称设置有吊装孔，末层板的左侧端面上中部设置有两个末层板传感器安装槽，两个末层板传感器安装槽之间为直角夹角设置，两个末层板传感器安装槽与外圆之间设置有相互垂直末层板过线槽，末层板过线槽的位置和方向与中间板过线槽的位置和方向一致，末层板的外圆直径与头层板外圆直径一致，末层板的厚度与头层板的厚度一致。

2.根据权利要求1所述的一种岩石介质内应力波测量装置，其特征是：所述的钢板圆箍为圆筒形结构，钢板圆箍的外侧对称设置有吊装柄，钢板圆箍外圆与中间板过线槽和末层板过线槽对应的位置分别设置有过线孔，钢板圆箍的内侧直径大于岩石靶标的外圆直径，钢板圆箍的长度与岩石靶标的长度一致。

3.根据权利要求1所述的一种岩石介质内应力波测量装置，其特征是：所述的压力传感器为膜片压力传感器，压力传感器分别设置在岩石靶标中间层传感器安装槽内和末层板传感器安装槽内，各压力传感器通过电缆从岩石靶标的中间层过线槽和末层板过线槽引出，电缆再穿过钢板圆箍的过线孔与外围测量设备连接。

4.根据权利要求1所述的一种岩石介质内应力波测量装置，其特征是：所述的素混凝土为高强度混凝土，素混凝土左右两端与岩石靶标左右两端面平齐，素混凝土内钢板圆箍过线孔与中间板过线槽和末层板过线槽之间设置有过线管。

5.根据权利要求1所述的一种岩石介质内应力波测量装置，其特征是：所述的中间板至少由两个构成。

6.一种岩石介质内应力波测量方法，其特征：岩石内应力波测量包括以下步骤：

①根据试验所需测量的压力范围和测试点数量，确定压力传感器的类型、数量，确定岩石靶标头层板、中间板和末层板的材质、厚度和数量；

②将压力传感器与岩石靶标中间层传感器安装槽和末层板传感器安装槽匹配安装好，并通过粘结剂固定，将电缆一端与压力传感器连接，电缆另一端通过上中间板过线槽和末层板过线槽引出；

③在头层板、中间板和末层板内侧接触的端面涂上环氧树脂等粘结剂，将中间板和末层板按照次序从头层板的右侧逐层对齐粘结；

④将钢板圆箍通过两侧的吊装柄放置到粘结完成的岩石靶标外侧，并使岩石靶标的圆外侧与钢板圆箍的内侧保持均匀的间隙，并将电缆端头从钢板圆箍的过线孔穿出；

⑤在岩石靶标的外圆与钢板圆箍的内圆之间间隙用素混凝土包裹填充实，素混凝土内部分电缆的外侧设置有过线管；

⑥电缆外端连接适配器，适配器再与高速数据采集记录仪连接；

⑦调试高速数据采集记录系统，并设置相关参数，使系统处于可测量状态；

⑧在岩石靶标头层板左侧表面安装炸药，点火进行爆炸试验，或者装弹、发射，进行弹体侵彻试验；

⑨高速数据采集记录仪记录到弹体侵彻岩石靶标时所产生的应力波-时间历程，通过数据处理获得应力波峰值、作用时间和传播规律。