[发明专利]一种机械破岩模型实验监测系统及使用方法

说明书

本申请提供一种机械破岩模型实验监测系统及使用方法，系统包括岩样内部受力检测系统、岩样表面扫描系统、超声监控系统、岩样表面受力监测系统。岩样内部受力检测系统包括：光源、光纤传感器、测力变送器；光纤传感器安装于岩样内部，通过光纤一端与光源相连接，另一端与测力变送器相连接；光纤传感器在岩样内部至少呈三层布置，每一层光纤传感器距岩样上表面垂直距离分别间隔第一距离、第二距离和第三距离，根据压力变化输出不同的光信号，测力变送器根据接收到的不同的光信号生成对应的压力信号获得岩样内部受力；岩样表面扫描系统用于监测岩样表面状态；超声监控系统用于分析岩样损伤位置信息；岩样表面受力监测系统用于采集岩样表面三维压力。

技术领域

本申请涉及破岩试验技术领域，特别涉及一种机械破岩模型实验监测系统及使用方法。

背景技术

由于全断面隧道掘进机(TBM)具有挖掘工程的掘进效率高和出色的安全性而广泛应用于隧道施工。TBM适用于各种地面，包括岩石，土壤和土石混合地面。然而，TBM在深长隧道掘进过程中，无法对岩石表面状态进行实时观察，以及岩石内部的受力情况分析，导致不能及时根据实时工况作出及时、准确的应对措施。针对这一典型问题，需要通过室内破岩试验平台对其进行全面的研究，如何确定全尺寸齿形滚刀破岩试验过程中岩石损伤程度及其演化规律是揭示齿形滚刀破岩机理的重要研究内容,是实现刀齿形制、滚刀布置、钻头布置前提和基础。为了能够在经济合理、技术可行的基础上开展室内破岩实验研究，需要研制出一套完整的实验监测系统，来收集破岩试验过程中岩石损伤程度相关信息总结演化规律，达到研究滚刀破岩机理的目的。

发明内容

本发明的目的是，为了实时了解隧道掘进过程中岩石表面的状态以及岩石内部的受力情况，提出了一种适用于滚刀破岩实验平台的实验监测系统与使用方法，以解决现有的缺少岩石损伤演化过程的问题，同时克服现有技术的缺陷和不足。所述方案如下：

一方面，本申请提供了一种机械破岩模型实验监测系统，包括：

岩样内部受力检测系统，包括光源、光纤传感器、测力变送器；所述光纤传感器安装于岩样内部，通过光纤一端与所述光源相连接，另一端与所述测力变送器相连接；

所述光纤传感器在岩样内部至少呈三层布置，每一层所述光纤传感器距岩样上表面垂直距离分别间隔第一距离、第二距离和第三距离。

在破岩实验时，所述光纤传感器根据压力变化输出不同的光信号，所述测力变送器根据接收到的不同的光信号生成对应的压力信号，从而获得岩样内部受力状况数据。

优选的，每一层所述光纤传感器分两组，每组多根，分别平行均匀摆放，且两组所述光纤传感器相互垂直交叉。

优选的，所述装置还包括：岩样表面扫描系统、超声监控系统、岩样表面受力监测系统。

优选的，所述岩样表面扫描系统，包括多台三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪采集岩样表面三维点云数据，根据所述三维点云数据构建岩样表面扫描模型，破岩实验时，根据实时变化岩样表面扫描模型，监测岩样表面状态。

优选的，所述超声监控系统，包括超声传感器，所述超声传感器通过采集在破岩实验过程中岩样表面产生的瞬态弹性超声波，获得不同岩样表面在破岩实验中超声定位信息，从而分析判断岩样在破岩实验过程中的损伤位置信息。

优选的，所述超声传感器有多个，均匀安装固定于岩样的四侧表面。

优选的，所述岩样表面受力监测系统，包括三维压力传感器，用于采集破岩实验过程中岩样表面三维压力。

优选的，所述三维压力传感器安装于破岩刀具固定处，在破岩实验过程中，所述三维压力传感器直接收集破岩刀具的三维压力。

优选的，相对的两个侧面，多个所述超声传感器沿岩样中心呈对称分布。

第二方面，一种机械破岩模型实验监测系统使用方法，方法包括：