[发明专利]带超声相控阵列实时成像系统的岩石真三轴试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石真三轴试验的方法,具体的说是一种带超声相控阵列实时成像系统的岩石真三轴试验方法。

背景技术

岩石变形破裂的宏观现象背后隐藏着其细观机理，即在细观尺度上裂纹的萌生、扩展、贯通至破坏的演化过程，从细观层次探明裂纹的演化规律具有重要的理论意义和应用价值。目前，大多采用工业CT机配合自主研制的加载装置进行三轴压缩试验，观察岩石破坏过程中内部裂纹扩展演化过程，一定程度上实现了岩石破坏过程中细观结构的实时观察和分析。

申请号为：201510577392.2，专利名称为《一种带CT实时扫描系统的岩石真三轴试验系统及方法》公开了一种可以进行CT实时扫描的真三轴试验装置，该装置解决了X射线无法穿透传统真三轴试验机的难题，实现了岩石破坏过程中细观结构的实时观察和分析，但由于压力盒、立柱以及反力装置均采用碳纤维材料制成，其强度以及装置尺寸相比传统真三轴装置小很多，无法对大试样以及强度高的试样进行实验。

此外，部分仪器采用声发射技术，观察岩石破坏过程中内部裂纹扩展演化过程。但声发射技术一方面需要在试样上安装若干个探头，不利于荷载的施加。一方面需要由探头的空间位置以及声波到达探头的时差经计算得到岩石裂纹的位置，结果不够直观，且误差大；另一方面，声发射技术只能给出声发射源的位置、活性、强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小，即只能给出裂纹的大体位置，无法得到裂纹的形状以及大小。

因此有必要进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种带超声相控阵列实时成像系统的岩石真三轴试验方法。具有动态聚焦能力，信噪比好、分辨率高、使用方便。

为了实现本发明的目的，本发明的技术方案为：带超声相控阵列实时成像系统的岩石真三轴试验方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将试样放置于位于围压室内的正方形上压头和位于围压室内的正方形下压头之间，用橡胶套将试样、正方形上压头及正方形下压头套上，并用卡箍将橡胶套密封；围压室下方设置有底座；将超声相控阵列检测系统的超声相控阵换能器的声波发射面通过耦合剂耦合至试样的前方或后方；将两块水平压头通过耦合剂分别耦合至试样的左右两侧面上；将超声相控阵列检测系统的上位机与超声相控阵列检测系统的超声触发/接收板连接,将超声相控阵列检测系统的超声触发/接收板通过超声相控阵列检测系统的USB接口与超声相控阵列检测系统的超声相控阵换能器连接；步骤二：对超声相控阵检测系统进行调整并检测，对超声相控阵检测系统参数进行设置，确保超声相控阵检测系统的正常工作；步骤三：轴压伺服泵通过位于轴压室外壁上端的左侧的轴向加载系统进油口与位于轴压室外壁上端的右侧的轴向加载系统出油口控制位于轴压室内的垂直加载活塞；轴压室下端面设置有通孔，轴压室与围压室通过通孔连通；垂直加载活塞通过通孔进入围压室，并贴近正方形上压头的正上方，从而给试样施加Z方向力；轴向加载系统排气口用于排除轴压室内的空气；步骤四：围压伺服泵通过围压加压系统进油口与围压加压系统出油口将液压油泵入围压室，从而给试样施加Y方向力，围压加压系统排气口排除围压室内的空气，在排除空气后关闭围压伺服阀；步骤五：操作手动操作加载部分，使右轴杆左进，并与水平压头贴近，以确保操作后试样不发生偏离；操作泵动加载部分，使左轴杆右进，并贴近水平压头，从而对试样施加X方向力；步骤六：给试样施加X方向力、Y方向力和Z方向力的过程中，上位机依次通过超声相控阵列检测系统的超声触发/接收板上的微处理器、数据采集器、触发延迟电路、超声阵元触发电路和阵元切换电路传递电脉冲信号给超声相控阵换能器；超声相控阵列检测系统的超声相控阵换能器将传递过来的电脉冲信号转化为声波信号，并将声波信号传递给试样；步骤七：试样接收到声波信号后产生回波信号,并将回波信号传递给超声相控阵列检测系统的超声相控阵换能器，超声相控阵列检测系统的超声相控阵换能器将接收到的回波信号转化为电信号，并将电信号依次传递给超声相控阵列检测系统的超声触发/接收板上的阵元切换电路、信号放大调理电路、数模转换器、数据采集器和微处理器；步骤八：超声相控阵列检测系统的上位机接收超声相控阵列检测系统的微处理器传递的电信号，并转化成图像显示在超声相控阵列检测系统的上位机；通过超声相控阵列检测系统的上位机直观、清楚地观察裂纹的萌生、扩展、贯通至破坏的演化进程。

在上述技术方案中，所述超声相控阵换能器的声波发射面以外的其余面用密封盒密封，密封盒为空心矩形。

在上述技术方案中，所述超声相控阵列检测系统的USB接口位于围压室外壁下端。