[发明专利]一种岩体含冰裂缝网络冻胀扩展过程监测试验系统及方法

权利要求书

1.一种岩体含冰裂缝网络冻胀扩展过程监测试验系统，其特征在于：包括真三轴加载装置、温度控制采集系统(16)、冻胀力采集控制系统(19)和声发射采集系统(20)，真三轴加载装置位于冻融环境箱体(1)内部，由自锁装置固定，温度控制采集系统位于冻融环境箱体(1)右侧，整个温度系统依靠冻融环境箱体(1)内的温度传感器(15)来监测，冻胀力采集控制系统(19)通过在岩石试件裂隙安装的冻胀力测量传感器，将信号转换成电信号输送给电脑(17)终端进行分析，声发射采集系统(20)通过声发射探头(9)收集岩体破裂的声信号输送给电脑(17)。

2.根据权利要求1所述的岩体含冰裂缝网络冻胀扩展过程监测试验系统，其特征在于：所述真三轴加载装置包括电缆(2)、四爪连接机构(3)、加载装置顶板(4)、加载装置侧板(5)、销(8)、声发射探头(9)、加载装置底板(10)、手压泵(11)和手压泵杆(12)，加载装置顶板(4)、加载装置侧板(5)和加载装置底板(10)构成封闭的加载空间，声发射探头(9)设置在加载装置侧板(5)的加载垫板内，加载装置顶板(4)上方设置四爪连接机构(3)，电缆(2)连接温度控制采集系统(16)、冻胀力采集控制系统(19)和声发射采集系统(20)，加载装置底板(10)通过销(8)连接四爪连接机构(3)，加载空间内的三个手压泵(11)分别连接控制加载装置的三个方向，手压泵(11)上设置手压泵杆(12)。

3.根据权利要求1所述的岩体含冰裂缝网络冻胀扩展过程监测试验系统，其特征在于：所述冻融环境箱体(1)侧面设置可视保温窗口(6)，正面设置环境箱体左门(7)和环境箱体右门(14)，冻融环境箱体(1)侧面开孔用于穿过电缆，开孔处设置堵头(13)，冻融环境箱体(1)侧面内部安装温度传感器(15)，温度传感器连接温度控制采集系统(16)。

4.根据权利要求1所述的岩体含冰裂缝网络冻胀扩展过程监测试验系统，其特征在于：所述温度控制采集系统(16)、冻胀力采集控制系统(19)和声发射采集系统(20)连接电脑(17)。

5.根据权利要求1所述的岩体含冰裂缝网络冻胀扩展过程监测试验系统，其特征在于：所述加载装置侧板(5)上设置槽(21)，槽(21)内设置声发射探头(9)。

6.根据权利要求1所述的岩体含冰裂缝网络冻胀扩展过程监测试验系统，其特征在于：所述加载装置顶板(4)上嵌入补水管(22)。

7.应用权利要求1所述的岩体含冰裂缝网络冻胀扩展过程监测试验系统的方法，其特征在于：包括步骤如下：

S1：试验准备：准备好带有节理裂隙的天然岩块或者人工预制裂纹岩块，人工切割为尺寸合适的立方体；

S2：饱水：对试件进行饱水，饱水前将一黑色的橡胶模套在岩块上防止水外泄，直至上述岩块达到饱水状态；

S3：安装冻胀力测量传感器：在岩石试件裂隙内安装冻胀力测量传感器；

S4：将上述饱水岩块放在加载装置底板上，合上加载装置侧板和加载装置顶板使之形成密闭的加载空间,之后将整个装置放入冻融环境箱体内与四爪连接机构通过销连接，形成自锁装置；

S5：在加载装置外侧加载装置侧板的小孔内安装抗冻声发射探头；

S6：通过电缆连接所有的测量传感器到对应的各个采集装置；

S7：手压泵加压：利用手压泵给加载装置加压到设计值；

S8：降温补水：通过外部的温度控制系统给冻融环境箱体逐渐降温到预定温度，同时通过加载装置顶板内的补水管给岩块补水，直至岩块内的水结成冰；

S9：记录实验数据：记录好岩块结冰过程中的声发射和冻胀力信息，在电脑拟合应力应变图像；

S10：拆卸装置：解除电缆与传感器之间的连接，打开四爪连接机构，拆除立方体加载套筒；

S11：重复试验：更换岩块，分别设置不同的预定应力和预定温度，重复上述试验过程，得到多组数据进行对比；

S12：整理数据，得出结论。