[发明专利]岩样破裂过程的声发射与电阻率联合监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种声发射与电阻率的联合实时监测装置，特别涉及岩样破裂过程的声发射与电阻率联合监测装置及监测方法。

背景技术

众所周知，岩石是一种在长期地质条件下形成的十分复杂的力学介质，具有弹塑性、非均匀性和各向异性的特点，其中赋存的大量原生裂隙更是对岩石力学性质有着十分显著的影响。而传统的岩石力学试验，如单轴压缩试验、剪切试验，只能够获得弹性模量、泊松比、抗压强度、抗剪强度等参数，这对于描述岩石的物理力学性质来说是远远不够的。因此，有学者引入电阻率和声发射技术来研究岩石的破裂过程。

作为岩石的基本物理参数，电阻率反映了岩石导电性能的好坏，其变化情况可以直接反映岩石内部的裂隙赋存状态，从而对岩石破坏状态进行监测。但之前的试验研究大都受到了仪器采集频率低的限制，难以捕捉到岩石破裂瞬间电阻率的变化情况，相比于全应力-应变曲线，电阻率数据的不完整性显得更加明显。一方面，这可能会导致关键信息的丢失，给试验分析带来困难；另一方面，不完整的数据可能会将试验结论引入歧途，有些时候甚至会得出完全相反的结果。

当岩石发生变形或断裂时，产生的应变能将会以弹性波形式释放出来，引起声发射现象。声发射信号中包含了大量信息参数，在一定程度上反映了岩石的应力状态和能量释放情况，与岩石受力破坏过程息息相关。但之前的试验研究大都停留在对声发射结果的描述上，缺乏与其他监测手段的对比分析，而现有的声发射技术抵抗外界环境噪音的能力较弱，容易受到周围噪声的干扰，这样就往往导致监测结果存在误差。同时，试验过程中粘贴声发射探头费时费力，使得试验效率较低。

综上所述，现有的岩石破裂过程监测手段存在如下问题：①传统的岩石单轴压缩试验所获得的力学参数对岩石破裂过程的描述不够精确，而现有的监测手段，如电阻率和声发射监测方法，都具有各自的局限性，因而仅仅采用单一的监测手段对岩石破裂过程的判断分析并不准确；②现有的电阻率监测方法大都受到仪器采样频率低的限制，不能够完整记录岩石破裂瞬间的电阻率变化情况，可能会导致关键信息的丢失，影响分析结果；③现有的声发射监测方法，抵抗外界环境噪音的能力较弱，容易受到周围噪声的干扰，导致监测结果存在误差，同时，试验过程中声发射探头的布设费时费力，使得试验效率很低。为此，发明一种联合监测装置，实现对单轴压缩试验条件下、岩样破裂过程中声发射与电阻率的同步实时监测，为岩石破裂过程的试验研究提供一条可行的途径。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种岩样破裂过程的声发射与电阻率联合监测装置及监测方法，可以同时进行声发射和电阻率的测量工作，方便快捷，特别适用于小尺寸岩样表面狭小空间条件下的联合监测，解决了由于岩样表面空间狭小，声发射探头和电极布置受限的难题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种岩样破裂过程的声发射与电阻率联合监测装置，包括：声发射-电阻率联合测量系统、应力-应变测量系统、数据处理系统和实时显示系统；所述声发射-电阻率联合测量系统包括声电集成测试探头、声电集成测试探头夹持装置、声发射采集模块、电阻率采集模块和供电模块；所述应力-应变测量系统包括应力采集模块和应变采集模块；所述数据处理系统包括应力处理模块、应变处理模块、声发射处理模块和电阻率处理模块；所述声发射采集模块将采集的数据上传给声发射处理模块，声发射处理模块将处理后的数据反馈给电阻率采集模块，电阻率采集模块调节采集频率后将采集的数据传输给电阻率处理模块，应力采集模块将数据传输给应力处理模块，应变采集模块将数据传输给应变处理模块，数据处理系统将数据整合分类后通过实时显示系统显示出来。

所述声电集成测试探头夹持装置上设有若干个声电集成测试探头，声电集成测试探头前端的电极与岩样的钻孔连接，所述声电集成测试探头的后端通过电缆连接到声发射采集模块和电阻率采集模块，所述声发射采集模块和电阻率采集模块都与数据处理系统连接，所述数据处理系统与实时显示系统连接，所述岩样放置在刚性伺服压力机的两个承压板中间，其中上承压板与应力采集模块连接，下承压板与应变采集模块连接，所述应力采集模块和应变采集模块都与数据处理系统连接，所述声发射采集模块、电阻率采集模块通过供电模块供电。