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專利名稱：一種巖石力學(xué)直剪過程聲發(fā)射測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)過程聲發(fā)射測(cè)試裝置，其適用于礦山、隧道、地下工程中取出的巖石進(jìn)行直剪試驗(yàn)過程的聲發(fā)射測(cè)試。
背景技術(shù)：
礦山井下冒頂、頂?shù)装逋凰_擊地壓等災(zāi)害事故時(shí)有發(fā)生，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成極大危害，這些災(zāi)害事故的發(fā)生均與巖體破裂失穩(wěn)密切相關(guān)。巖石材料在承受荷載時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生局部彈塑性能集中現(xiàn)象，當(dāng)能量積聚到某一臨界值之后，引起微裂隙的產(chǎn)生與擴(kuò)展，必然伴隨彈性波或應(yīng)力波在周圍巖體中的快速釋放和傳播，產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。通過對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的采集、處理、分析研究，可以推斷其內(nèi)部的形態(tài)變化，反演其破壞機(jī)理，預(yù)測(cè)其破裂失穩(wěn)。彈性波或應(yīng)力波的釋放過程，相對(duì)于較大尺度的巖體，由于高頻衰減得快，檢測(cè)到信號(hào)的頻率較低但是能量大，通常在20 200Hz，稱為微地震；對(duì)于小尺度的巖樣，檢測(cè)到的波的頻率通常大于200Hz并且能量很小，稱為聲發(fā)射。雖然巖樣和巖體的尺度及微震信號(hào)能量差別很大，但其原理是相似的。聲發(fā)射現(xiàn)象是巖石剪切破裂失穩(wěn)的前兆信息，研究科學(xué)合理的巖石剪切破裂聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)方法，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上探討聲發(fā)射信號(hào)與巖石內(nèi)部損傷演化過程的關(guān)系，得出符合實(shí)際的巖石剪切破裂聲發(fā)射預(yù)測(cè)方法，對(duì)于采用聲發(fā)射(微地震)監(jiān)測(cè)技術(shù)預(yù)防災(zāi)害事故發(fā)生具有重要理論意義。巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)裝置與聲發(fā)射測(cè)試裝置相結(jié)合，能夠監(jiān)測(cè)巖石剪切破裂過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信息，進(jìn)而利用聲發(fā)射信息預(yù)測(cè)巖石損傷破裂的演化過程。本系統(tǒng)引進(jìn)的試驗(yàn)機(jī)是由目前比較先進(jìn)的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀，提供一種結(jié)構(gòu)簡單成本低廉，便于攜帶、易拆卸與安裝、使用的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀。這種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)裝置容易進(jìn)行巖石力學(xué)剪切試驗(yàn)，進(jìn)而獲得巖石的力學(xué)和變形參數(shù)，如C、φ和剪切強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度，以及變形。其存在以下的不足:①現(xiàn)有的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀測(cè)試的數(shù)據(jù)通過壓力表得出，沒有分析系統(tǒng)裝置，無法進(jìn)行高精度的測(cè)試；②實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)試塊的內(nèi)部破壞不能進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；③對(duì)試件的內(nèi)部破壞區(qū)域分布不能觀測(cè)到，而只能得到破壞的結(jié)果；④對(duì)于巖石內(nèi)部損傷程度、能量積聚程度與剪切應(yīng)力、抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系不能反映出來；因此，需要對(duì)上述巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀沒有聲發(fā)射測(cè)試裝置，存在的如下問題:測(cè)試的數(shù)據(jù)通過壓力表得出，沒有分析系統(tǒng)裝置，無法進(jìn)行高精度的測(cè)試；實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)試塊的內(nèi)部破壞不能進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；對(duì)試件的內(nèi)部破壞區(qū)域分布不能觀測(cè)至IJ，而只能得到破壞的結(jié)果；對(duì)于巖石內(nèi)部損傷程度、能量積聚程度與剪切應(yīng)力、抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系不能反映出來。解決以上技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種巖石力學(xué)直剪過程聲發(fā)射測(cè)試裝置，它包括底座(2)用于放置下剪切盒(4)，其內(nèi)部有一個(gè)圓柱形槽用于放置剪切環(huán)(5)，剪切環(huán)內(nèi)部設(shè)置成任意形狀的槽子用于放置不同形狀試件(6)，上剪切盒(8)內(nèi)部可以放置傳力鐵塊(7);傳感器(9)穿過上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周共打的12個(gè)槽孔與巖石試件接觸，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)需要安裝8個(gè)傳感器，外接到聲發(fā)射的8個(gè)通道，進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí)，利用上壓頭法向加載，水平壓頭水平加載，試塊將沿著剪切面破壞，8個(gè)傳感器接收信號(hào)通過8個(gè)通道傳輸給聲發(fā)射測(cè)試裝置，得出的數(shù)據(jù)經(jīng)測(cè)試裝置分析。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周預(yù)留12個(gè)槽孔，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，共8個(gè)對(duì)應(yīng)槽孔，將8個(gè)傳感器穿過這8個(gè)對(duì)應(yīng)槽孔與試件直接相連；為便于安裝傳感器，每個(gè)傳感器最大直徑與槽孔的直徑相同，傳感器與試塊相連部分涂抹粘合劑。使用這樣一種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)過程聲發(fā)射測(cè)試裝置，用聲發(fā)射測(cè)試裝置代替原試驗(yàn)儀的壓力表進(jìn)行測(cè)試，從而能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試件微觀結(jié)構(gòu)上的多種參數(shù)之間隨時(shí)間變化的關(guān)系。


圖1是現(xiàn)有的試驗(yàn)儀受壓部件圖；圖2是本發(fā)明的布置示意圖；圖3是下剪切盒立體圖；圖4是下剪切盒俯視圖；圖5是上剪切盒立體圖；圖6是上剪切盒俯視圖。圖中:I一上壓頭；2-底座；3_水平壓頭；4_下剪切盒；5—剪切環(huán)；6—試件；7—傳力鐵塊；8—上剪切盒；9一傳感器。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:如果要做某一種不同含水狀態(tài)下砂巖剪切過程中聲發(fā)射特性試驗(yàn)研究，首先選取一組砂巖試樣,采用濕式加工法將所采集的砂巖試樣加工成長、寬、高均為40_的正方體試件，試件加工成形后，再使用0600，0800，01200和02000四級(jí)砂紙對(duì)試件表面進(jìn)行分級(jí)打磨，使其各端面平整度誤差控制在0.02mm以內(nèi)。試驗(yàn)考慮了飽和度分別為0%、50%和100%三種不同含水狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范要求，三種典型含水狀態(tài)下試件的具體處理方法如下:(a)飽和度為0%:將試件置于105°C的烘箱內(nèi)烘干48h; (b)飽和度50%:以飽和含水率為標(biāo)準(zhǔn)，將試件烘干后置于純水中浸泡Ih ; (c)飽和度為100%:將試件烘干后置于水中煮沸6h。采用一種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)過程聲發(fā)射測(cè)試裝置開展剪切試驗(yàn)。一種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)過程聲發(fā)射測(cè)試裝置，它包括底座(2 )用于放置下剪切盒(4 )，下剪切盒內(nèi)部有一個(gè)圓柱形槽用于放置剪切環(huán)(5)，剪切環(huán)內(nèi)部可以設(shè)置成任意形狀的槽子用于放置不同形狀試件(6)，上剪切盒(8)內(nèi)部放置傳力鐵塊(7);傳感器(9)穿過上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周共打的12個(gè)槽孔與巖石試件接觸，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)需要安裝8個(gè)傳感器，外接到聲發(fā)射測(cè)試裝置的8個(gè)通道，其安裝的具體形式如說明書的附圖所示，在每個(gè)傳感器頭部涂抹粘合劑使傳感器與試塊緊密相連接；進(jìn)行加載剪切試驗(yàn)時(shí)，利用上壓頭(I)給予法向加載；水平壓頭(3)負(fù)責(zé)提供水平力加載，8個(gè)傳感器接收信號(hào)通過8個(gè)通道傳輸給聲發(fā)射分析儀，得出的數(shù)據(jù)經(jīng)聲發(fā)射測(cè)試裝置分析，建立關(guān)于撞擊數(shù)與剪切力隨時(shí)間變化的相關(guān)圖，撞擊數(shù)與時(shí)間相關(guān)圖，剪切力與時(shí)間的相關(guān)圖。從而得出不同飽和度的試件損傷多少與剪切應(yīng)力值大小隨時(shí)間變化的關(guān)系，損傷多少隨時(shí)間變化的關(guān)系，剪切應(yīng)力大小隨時(shí)間變化的關(guān)系。試驗(yàn)中，設(shè)定聲發(fā)射測(cè)試裝置的主放為40dB，門檻值為40dB，探頭諧振頻率為20 400KHz，采樣頻率為IO6次/s，這樣得出的波形圖更加完整。
權(quán)利要求
1.一種巖石力學(xué)直剪過程聲發(fā)射測(cè)試裝置，它包括底座(2)用于放置下剪切盒(4)，其內(nèi)部有一個(gè)圓柱形槽用于放置剪切環(huán)(5)，剪切環(huán)內(nèi)部設(shè)置成任意形狀的槽子用于放置不同形狀試件(6)，上剪切盒(8)內(nèi)部放置傳力鐵塊(7);傳感器(9)穿過上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周共打的12個(gè)槽孔與巖石試件接觸，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)需要安裝8個(gè)傳感器，外接到聲發(fā)射測(cè)試裝置的8個(gè)通道，其特征在于:該裝置在進(jìn)行巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)過程中，利用聲發(fā)射測(cè)試裝置，對(duì)巖石內(nèi)部損傷程度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述一種巖石力學(xué)直剪過程聲發(fā)射測(cè)試裝置，其特征在于:上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周預(yù)留12個(gè)槽孔，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，將8個(gè)傳感器穿過這些槽孔與試件直接相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種巖石力學(xué)直剪過程聲發(fā)射測(cè)試裝置，其特征在于:用聲發(fā)射測(cè)試裝置代替原試驗(yàn)儀的壓力表進(jìn)行測(cè)試。
全文摘要
一種巖石力學(xué)直剪過程聲發(fā)射測(cè)試裝置涉及對(duì)巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)的裝置。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀沒有進(jìn)行聲發(fā)射測(cè)試，進(jìn)而不能分析巖石的微觀破壞的結(jié)構(gòu)、能量損耗問題。它主要由上壓頭、底座、水平壓頭、下剪切盒、剪切環(huán)、試件、傳力鐵塊、上剪切盒、傳感器等構(gòu)成。其特征是上壓頭、水平壓頭分別加載法向和水平力；底座放置下剪切盒，其內(nèi)部剪切環(huán)可放置試件，上剪切盒內(nèi)有傳力鐵塊；傳感器通過上、下剪切盒以及剪切環(huán)內(nèi)部的槽孔與試件接觸。這樣一個(gè)試驗(yàn)儀根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí)，由聲發(fā)射測(cè)試裝置建立關(guān)于撞擊數(shù)、剪切力、能量積聚等隨時(shí)間變化的相關(guān)圖，可以從微觀結(jié)構(gòu)上了解試件強(qiáng)度和性質(zhì)。
文檔編號(hào)G01N3/06GK103207113SQ20131009114
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者彭瑞, 趙光明, 孟祥瑞, 趙華安, 徐雪戰(zhàn), 張小波, 段傳鑫, 楊敏 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)