[发明专利]一种岩石声波、声发射同步测量的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于岩石力学室内试验领域，更具体涉及一种力学实验中一体化动态监测岩石的超声波波速、声发射变化的测量方法，同时还涉及一种力学实验中一体化动态监测岩石的超声波波速、声发射变化测量的装置，它适用于岩石力学单轴压缩实验、三轴压缩实验过程中对岩石声波、声发射状态的同步监测。

背景技术

工程安全是关系人民生命、财产安全的重大问题，矿山、隧道、以及水利工程等岩体失稳都会造成重大人员伤亡、经济损失和环境破环，因此了解岩石的损伤破环机理，判别岩体的损伤程度对减轻岩石工程灾害具有重要的现实意义。许多方法可以用于岩石的损伤检测，如电阻率、电磁、X 射线、CT等方法，其中基于弹性波的主动方法(超声波)和被动方法(声发射)具有简便、易于推广的优点。超声波方法是通过主动发射弹性波，使其穿过岩石传播，利用穿过岩石介质的波速及其衰减程度检测材料损伤，再根据超声波波速与弹性模量和强度的经验关系式来评价损伤。声发射是伴随着材料内部微裂隙的产生而激发的弹性波，它直接与岩石内部微破裂动态有关。迄今为止，弹性波是研究地球岩体内部规律的最有效工具之一。

准确地测定岩石的波速、声发射规律是揭示岩体破坏机制的重要手段，对岩体失稳预警及控制有着重要的作用。早在20世纪80年代，国内外学者就开始了对岩石声波、声发射规律展开了研究，但是受到试验装置的制约，岩石的波速试验和声发射试验都是分开进行的。这一方面造成了经济和时间的浪费，另一方面割裂了岩石破裂过程中的波速、声发射规律研究，因此，研制一套同步监测岩石声波、声发射规律的装置具有重要意义。

发明内容

针对上述现有的技术缺陷，本发明的目的是在于提供了一种岩石声波、声发射同步测量的方法，该方法易行，操作简便，可以实现岩石力学试验过程中声波、声发射信息的同步采集，并实现二类波形数据的筛分，进而可以分别得到岩石波速的变化发展规律和声发射状态的具体信息，并得到岩石声发射位置的定位。

本发明的另一个目的是在于提供了一种岩石声波、声发射同步测量的实验装置，该装置结构简单，轻巧灵便，耐油耐温耐压，它可以监测岩石单轴加载试验、岩石三轴力学试验、岩石蠕变力学试验，高温岩石加载试验等试验中的波速和声发射信息。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种岩石声波、声发射同步测量的方法，其步骤是：

步骤1，在岩石样本的两端放置声波压头，第一空腔密封压头用来发射高压声波信号脉冲，第二空腔密封压头用来接收信号脉冲；两个压头的导线转出口垂直方向上一致，这样保证了信号发射端的横波探头与信号接收端的横波探头纵向相对，信号发射端的纵波探头与信号接收端的纵波探头纵向相对，第一空腔密封压头与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与PC机中高压信号发射卡端口相连；第二空腔密封压头与压力机三轴室底盘内端口相连，相应通道的端口外部与PC机中声波信号接收卡端口相连；

步骤2，固定声发射接收探头的位置。在岩石试样的外部布置声发射接收探头，利用箍紧弹簧固定声发射探头的位置，实现声发射接收探头的三维空间分布，在声发射接收探头与岩石样本的接触位置涂抹耦合剂（VC101）保证接触良好。

步骤3，启动高压信号发射卡控制软件（美国物理声学公司），设置好高压脉冲信号的发射数量、时间间隔、激发周期，启动声波与声发射信号接收控制软件（美国物理声学公司），启动岩石压力机对岩样进行压力加载，加载过程中，实时采集存储岩石的声波和声发射信号，直到岩样破坏。

步骤4，对采集信号的后处理。通过声波与声发射信号接收控制软件（美国物理声学公司）对所采集的声波、声发射信号进行筛分识别，通过对波形数据的判读得到加载过程中岩石横波波速、纵波波速变化信息；过滤声波信号对声发射接收信号的干扰，可以得到岩石的声发射数量、位置等信息。

本发明所采用的技术方案是利用声波测试装置、声发射测试装置实现岩石声波、声发射的一体化动态监测。在上述的步骤3中，具体的操作步骤如下：

步骤3.1，在试验过程中，启动高压信号发射卡控制软件（美国物理声学公司），设置好每组发射的高压信号数量，时间间隔ΔT1，激发周期T（上一组最后一个信号与下一组第一个信号的事件间隔）；然后启动岩石压力机（XTR01-01）和声波与声发射信号接收控制软件（美国物理声学公司），采集、存储整个试验过程中的声波和声发射信号。