[发明专利]声发射对岩石破坏表征的试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明属于岩石力学实验领域，涉及一种对岩石破坏表征的试验装置及试验方法，尤其涉及一种岩石在单轴压力作用下，同时进行声发射信号收集和CT扫描，通过CT扫描实时观测岩石内部破坏情况，并建立岩石破坏与声发射之间的关系，实现声发射对岩石破坏实时观测、定位表征的试验装置及试验方法。

背景技术

由于岩石微破裂很难直接动态观测，声发射方法便成了研究岩石变形破坏微破裂动态过程的有效工具。由于岩石破坏失稳大多是由内向外发生，因此与岩石内部细观结构及其缺陷密切相关，仅仅依靠声发射很难从细观层次上推断出岩石内部微破裂(原生裂纹的闭合、扩展，新生裂纹的萌生、扩展，颗粒周边微孔隙的变化及微裂纹之间的相互作用)的发展规律，也就无法准确的建立声发射和微破裂之间的关系，无法为宏观破坏失稳提供准确的判据，因而造成国内外声发射技术在工程灾害的监测预报中未发挥应有的作用。

尽管对岩石声发射理论与应用的研究国内外已经取得了不少成果，但这些研究多集中在声发射率、能量、空间定位等随时间的变化特征，对岩石破坏过程中微破裂的演化规律基本依靠声发射特征进行推测。声发射结果无法直接与细观微破裂建立关系，主要是因为在进行声发射实验时岩石内部微破裂是不可见的，对岩石内部微破裂的分析CT扫描是非常有效的手段。

CT扫描研究结果再现了岩石内部裂纹的演化规律，但CT扫描实验费用昂贵，无法应用于大尺寸试件和工程实际，无法对工程动力灾害进行监测和预测。因此，如果能将声发射和CT扫描结合在一起，通过CT扫描建立声发射和微破裂之间的关系，则能够实现声发射对损伤、破坏的定量表征。

利用声发射定位技术的灵敏性以及CT扫描技术的直观性特点，将二者综合运用于研究岩石变形、破坏及失稳问题是一个新思路，同时对研究声发射与微破裂之间的关系也是一个新的思路。

现今各大科研院所及高校，使用的与岩石力学实验相关的单轴压力机通常有两种形式。第一种：普通液压伺服压力机，它可以与声发射设备结合使用，缺点是不能同时结合CT扫描设备使用，即无法对岩石的实时破坏进行观测；第二种：由葛修润院士自主研发，后为各大高校广泛借鉴的一系列压力机，它们的优点是可以与CT扫描设备相结合，缺点是岩石试件在压力仓内完成载荷试验，压力仓对CT扫描有影响，会对扫描结果产生阴影及降低CT扫描的放大倍数，这种影响不但不可消除，而且无法与声发射设备相结合，即无法实现对岩石破坏的实时定位。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺点，提供一种声发射对岩石破坏表征的试验装置及试验方法，解决目前对岩石破坏过程中微破裂演化规律的研究，是依靠声发射特征进行推测，声发射结果无法直接与细观微破裂建立关系，即在单轴压力作用下，只能与CT扫描设备相结合对岩石进行实时破坏观测，而无法与声发射设备相结合对岩石破坏实时观测、定位进行表征的技术问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种声发射对岩石破坏表征的试验装置，包括：单轴加载压力装置、CT扫描系统、声发射监测系统，其特征在于：所述单轴加载压力装置包括：由两个侧勾板与上支承板、下支承板通过螺栓连接的机架，所述上支承板的中心有穿过定位螺栓的通孔，所述上支承板下端面的凹槽与上推力球轴承的座圈紧配合，所述定位螺栓与上支承板之间设置压力轴承，所述定位螺栓穿过压力轴承、上支承板、上推力球轴承与上垫块螺纹连接，所述上垫块通过上端面的凸肩与上推力球轴承的轴圈紧配合，所述上垫块前后两个面中心位置各有一个安放声发射定位传感器探头的圆形凹槽，所述下支承板的中心有穿过油缸的通孔，所述油缸下端与CT扫描转动平台固定连接，所述油缸上部T形头与下推力球轴承的轴圈紧配合，所述下推力球轴承的座圈与所述下支承板上端中心位置的凹槽紧配合，所述油缸的活塞杆的上端中心位置与球形座螺纹连接，所述球形座的凸球面与凹球面滑动配合，所述球形座左右两侧各有一个安放声发射定位传感器探头的圆形凹槽，所述油缸的注油孔通过加压油管与加压泵连接；所述CT扫描系统由CT扫描计算机系统、微焦点X光机、CT扫描转动平台组成，所述CT扫描计算机系统通过传输线与微焦点X光机和CT扫描转动平台连接；所述声发射监测系统由声发射信号发射仪、声发射计算机系统、声发射定位传感器探头和传感线组成，所述声发射信号发射仪通过传输线与声发射计算机系统连接，所述声发射信号发射仪通过4条传感线分别与4个声发射定位传感器探头连接。

进一步，4个所述声发射定位传感器探头，其中2个探头固定在所述上垫块前后面的圆形凹槽处，另外2个探头固定在所述球形座左右两侧的圆形凹槽处。