[发明专利]一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法

说明书

一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法，包括：冻融箱，用于冻融岩石样本；所述岩石样本放置于所述冻融箱内部，所述岩石样本表面具有岩石裂隙；温度压力传感器，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的温度变化和压力变化；所述温度压力传感器设置于所述岩石裂隙处；裂隙计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的张开度变化；所述裂隙计设置于所述岩石裂隙处；裂纹扩展计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的尖端扩展变化；所述裂纹扩展计设置于所述岩石裂隙处；数据处理装置，用于处理各零件的监测数据；所述数据处理装置设置于所述冻融箱外部，且分别与所述温度压力传感器、所述裂隙计和所述裂纹扩展计连接。本申请试验操作简单，成本低。

技术领域

本发明属于岩体力学技术领域，具体涉及一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法。

背景技术

随着我国经济的发展，西部高海拔高寒地区的基础建设也与日俱增，如青藏铁路、青藏公路、川藏铁路的修建，而低温冻胀会对寒区岩体工程造成不可逆转的危害。岩体中分布有大量的原生裂隙，在低温条件下，岩体原生裂隙中的水会冻结成冰，体积膨胀约为9％，对裂隙产生挤压，促使原生裂隙进一步扩展，对岩体工程的安全稳定造成威胁。

目前，对低温条件下岩石裂隙冻胀力的监测方法可以分为间接测量法和直接测量法两类，间接测量法包括光弹法和裂缝变形监测法，间接测量法需要通过一些假设去反算出冻胀力的值，试验测试精度较差，误差也难以控制。而直接测量法需要使用单点式测量传感器进行测量，无法实现对整个裂隙面冻胀力实时监测，且由于单点式测量传感器布置在裂隙面的位置不同，所测的冻胀力也会不同，而对冻融条件下岩石裂隙温度的监测也多为单点式监测，并且温度测点与冻胀力测点不在统一位置，因此两者无法一一对应起来。

公开号为CN112067636A、名称为岩石含冰裂隙的冻胀变形扩展实时监测系统及其监测方法的专利提供了一种对冻融条件下岩石裂隙扩展变形的监测方法，其对CT扫描系统进行了改造并加上了冻融装置，通过CT试验机来监测冻融过程中岩石裂隙的扩展情况，然而CT试验机较为精密，改造难度大，试验价格昂贵，而且当试样的尺寸过大时，CT试验机发出的射线很难穿透试样，无法进行监测。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统，包括：

冻融箱，用于冻融岩石样本；所述岩石样本放置于所述冻融箱内部，所述岩石样本表面具有岩石裂隙；

温度压力传感器，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的温度变化和压力变化；所述温度压力传感器设置于所述岩石裂隙处；

裂隙计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的张开度变化；所述裂隙计设置于所述岩石裂隙处；

裂纹扩展计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的尖端扩展变化；所述裂纹扩展计设置于所述岩石裂隙处；

数据处理装置，用于处理各零件的监测数据；所述数据处理装置设置于所述冻融箱外部，且分别与所述温度压力传感器、所述裂隙计和所述裂纹扩展计连接。

优选地，所述数据处理装置包括：第一数据采集线、第一数据采集器和第一数据处理器，其中，所述第一数据采集器和所述第一数据处理器均设置于所述冻融箱外部，所述第一数据采集线的第一端穿过所述冻融箱并与所述温度压力传感器连接，所述第一数据采集线的第二端与所述第一数据采集器连接，所述第一数据采集器与所述第一数据处理器连接。

优选地，所述冻融箱上设置有第一通孔，所述第一数据采集线通过所述第一通孔，所述第一通孔中设置有第一弹性橡胶塞，所述第一弹性橡胶塞包裹所述第一数据采集线并封堵所述第一通孔。