[发明专利]一种岩石在单轴加热条件下声发射主频提取的方法

说明书

本发明提供了一种岩石在单轴加热条件下声发射主频提取的方法，涉及岩石力学试验技术领域，该方法模拟了岩石单向受热状态，并且可以准确获取加热过程中的岩石微观破裂变化规律。该方法包括：制备圆柱体岩石试件，在试样上贴设声发射传感器，利用岩石单向加热试验装置加热岩石试件，声发射传感器接收岩石试件内部的声发射信号，监测破裂过程；对声发射信号进行快速傅里叶变换，得到二维频谱图，并确定声发射主频；收集试样在恒温下的声发射波形信号，并对波形进行傅里叶变换，获得各个时刻的主频信息，绘制温度、主频与时间关系图，确定岩石的损伤特性。该方法还具有操作简便、数据准确等优点，同时为岩体的温度分布、热损伤特性的研究提供了方便。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，尤其是一种岩石在单轴加热条件下声发射主频提取的方法。

背景技术

在核废料的储存、地热利用以及煤炭地下气化等行业中，都存在一个高温热源，而周围岩体在这种环境下一般处于单向受热的状态，高温会对这些岩体产生热损伤，其温度分布、热损伤特性等也会呈现出单向分布的规律，获取这部分岩体的热破裂规律特性对于研究岩体的稳定性、气密性等方面具有十分重要的意义。

现有技术中，对岩体的热损伤研究往往是将试件整体放置于加热炉中进行程序升温或恒温加热，然后再研究试件的热损伤特性，这种加热方式忽略了岩石的真实受热状态；同时，将热处理后的岩石进行后期分析也无法获取岩石在热损伤过程中内部的裂隙、孔隙等的发育情况以及规律。声发射技术(Acoistic Emission，简称AE)是通过接收材料或构件在受力或受热过程中内部破裂或摩擦产生的超声波信息，对材料或构件进行无损检测的一种技术。

为了可以连续不断的观测岩石材料内部微破裂的动态演化，从而岩石热损伤破坏的研究提供准确的数据，需要对现有的研究方法做进一步的改进。

发明内容

为了模拟岩石单向受热状态，并准确的获取加热过程中岩石微观破裂变化规律，本发明提供了一种岩石在单轴加热条件下声发射主频提取的方法，具体技术方案如下。

一种岩石在单轴加热条件下声发射主频提取的方法，步骤包括：

S1.制备圆柱体岩石试件；

S2.在岩石试件上贴设声发射传感器；

S3.使用岩石单向加热试验装置加热岩石试件，声发射传感器接收岩石试件内部的声发射信号，并同步监测岩石试件的破裂过程；

S4.对声发射信号进行快速傅里叶变换，得到二维频谱图，并确定二维频谱图中的最大幅值对应的频率为声发射主频；

S5.收集岩石试件在固定温度加热条件下的全部声发射波形信号，并对所有波形进行傅里叶变换，获得各个时刻的主频信息，绘制温度、主频与时间的关系图，确定岩石的损伤特性。

优选的是，岩石单向加热试验装置包括上垫块、加载装置、加热装置、热电偶、信号接收器和声发射检测仪，岩石试件放置在上垫块的下方，加载装置通过上垫块对岩石试件进行加载，多个热电偶和信号接收器相连，声发射检测仪和声发射传感器相连，声发射传感器固定连接在岩石试件上。

还优选的是，声发射传感器通过耦合剂固定在岩石试件上部，所述声发射检测仪和电脑相连。

还优选的是，岩石试件制作多个，分别利用各个岩石试件进行试验；岩石试件和声发射传感器之间涂抹有凡士林。

进一步优选的是，岩石试件在固定温度条件下加热2小时，声发射传感器使用谐振式高灵敏度传感器，工作频率为35～100kHz。

进一步优选的是，加热装置的加热部使用镍铬合金发热管，并内插入哈氏合金加热盘内，最高加热温度为1100℃。

进一步优选的是，声发射信号的处理使用MATLAB软件。