[发明专利]高精度岩石内部损伤实时定位检测装置

说明书

本发明公开了高精度岩石内部损伤实时定位检测装置，包括三轴腔，用于安装岩石试样的金属圆筒，内置声发射传感器的上压头、下压头，声发射探头，紧固模块；所述金属圆筒的内腔放置岩石试样，所述岩石试样的下端与下压头上端面连接；所述岩石试样的上端与上压头下端面连接，所述上压头的上端与三轴腔上端的施压装置连接，所述下压头的底端放置在三轴腔的底座上；所述金属圆筒侧壁上设置至少一个安装沉孔，所述声发射探头内嵌于安装沉孔内，所述固定模块从外侧平动施压将声发射探头固定在金属圆筒的安装沉孔内；所述声发射探头与三轴腔外的MTS815伺服试验系统的信号放大器相连。本发明有效降低了岩石试样损伤检测的信号衰减、提高采集信号精度。

技术领域

本发明涉及脆性材料断裂损伤分析技术领域，特别涉及高精度岩石内部损伤实时定位检测装置。

背景技术

岩石材料作为一种复杂的工程介质材料，在各类实际地下岩体工程中会经历复杂的应力加卸载过程，其内部将产生局部弹塑性能集中现象，当荷载达到一定程度时，岩石内部会产生微裂纹。岩石内部微裂纹的产生、扩展是造成岩石破裂失稳的直接因素，诸多岩石工程结构破坏均与之相关。

岩石材料快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(AcousticEmission，简称AE)，有时也称为应力波发射。岩石在压力作用下的声发射监测为岩石内部应力分布及破坏机理研究提供了非常重要的信息。岩石力学试验系统与声发射系统相结合能够实时的监测出岩石在压缩过程中裂纹的发展过程，通过布置在不同位置的声发射传感器收集到的超声波信号，可以反演出岩样中的裂纹发生位置，进而得出岩石损伤演化过程。声发射事件的精确定位是分析岩石内部微破裂时空演化及其破裂成核与失稳前兆的基础。如何提高声发射定位精度，最大限度地减少漏定位和伪定位，在工程上具有重要的现实指导意义。

常规岩石三轴试验是研究多维应力状态下岩石力学特性的试验方法，当今世界比较先进和应用最广泛的常规岩石三轴试验机是由美国生产的MTS815伺服试验系统，但是，在常规三轴及单轴压缩的岩石损伤定位检测方面仍存在一些不足，得到的声发射信号和定位效果仍不尽如人意，主要表现在如下：

在岩石单轴压缩声发射监测试验中，通常在声发射传感器前端陶瓷片接触面涂抹耦合剂直接与岩样接触，通过胶带或橡皮筋将声发射传感器直接固定在岩样表面。由于声发射传感器端陶瓷片接触面是平面与岩样的圆柱外表面接触面积较小，在实验时往往会发生声发射传感器与岩样脱离的现象。

在岩石常规三轴声发射监测试验中，普遍做法是将声发射探头布置在试验机压力室之外，这种布置人为地引入了环境噪音，且压力室外受到的电磁干扰较多，将直接造成接收的信号失真。其次，三轴力学试验中岩石包裹的橡胶套管不仅使岩样与声发射探头无法直接接触，还会对声发射信号产生屏蔽效应。此外，由于声发射信号需要通过压力室、液压油和橡胶套，导致信号传播距离增加，岩石破裂过程中的脉冲能量可能无法穿过液压油而导致信号衰减甚至丢失。目前，本领域技术人员发现，相同试验条件下，传感器置于三轴室内时的声发射振铃计数和能量的最大值分别比置于室外时高27％和32％。然而，目前的声发射定位算法主要有单纯形算法和Geiger算法，此二种算法均是基于不同位置传感器接收到的声发射信号的时间差来计算，声发射信号的衰减或失真会直接影响到定位结果的准确性。可见，如果能将声发射传感器稳固地内置于三轴压力室之内，便可以有效地降低信号衰减和失真现象，从而极大地提高岩石内部损伤定位监测的准确度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种有效降低信号衰减、提高采集声发射信号精度的高精度岩石内部损伤实时定位检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

高精度岩石内部损伤实时定位检测装置，包括三轴腔，用于安装岩石试样的金属圆筒，内置声发射传感器的上压头、下压头，声发射探头，紧固模块；