[发明专利]一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演方法

说明书

本发明公开了一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演方法，涉及岩石断裂力学监测技术领域。其通过力学试验机对非透明材料制备的含有预制裂纹试件进行加载，一方面在预制有裂纹的非透明试件上布设声发射传感器，对预制有裂纹的非透明试件加载过程进行声发射监测，提取声发射事件的时空分布特征，以此获得不同时刻或阶段试件内部破坏和断裂情况；另一方面对加载结束后的试件进行CT扫描，依据CT扫描数据，通过CT三维重构得到破坏后试件内部裂纹的空间形态；两者对比分析，反演裂纹扩展过程。本发明可以直观揭示试件内部裂纹动态扩展过程，为研究岩石裂纹破裂机理及扩展规律，预防和解决岩体工程灾害提供有益参考。

技术领域

本发明涉及岩石断裂力学监测技术领域，具体涉及一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演方法。

背景技术

岩石内部存在着裂纹等缺陷，裂纹受到载荷的作用，发生扩展、传播与贯通，最终导致了岩石的破坏。在矿山、交通、水利、能源、地下空间建设等岩体工程中，岩体裂纹是影响这些岩体工程安全极不稳定的因素，裂纹的扩展会导致岩体发生变形破坏，改变岩体的力学性质及渗透性，从而引发工程地质灾害。明确岩石裂纹扩展过程，对研究岩石裂纹破裂机理及扩展规律具有重要意义，是控制工程灾害发生的关键问题。但是，由于岩石材料的非透明性，岩石裂纹的时空破裂演化过程不易直接观察，这一直是岩石断裂力学研究方面的热点和难点。

因此，探寻一种岩石内部三维裂纹扩展过程的反演方法，对岩石裂纹时空扩展过程进行描述，可以为研究岩石裂纹破裂机理及扩展规律，预防和解决岩体工程灾害提供有益参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演方法，其可以直观揭示试件内部裂纹动态扩展过程，为研究裂纹扩展规律、预防和解决岩体工程灾害提供有益参考。

其技术解决方案包括：

一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演方法，依次包括以下步骤：

a、制备非透明试件并对其预制裂纹的步骤；

b、在步骤a所得预制有裂纹的非透明试件表面设置声发射传感器的步骤；

c、对该预制有裂纹的非透明试件施加一定预应力的步骤；

d、对所述预制有裂纹的非透明试件以恒定的速度进行加载，其内部产生的破裂及裂纹扩展产生的声发射信号传输至所述声发射传感器的步骤；

e、声发射传感器通过前置放大器输入至声发射采集系统进行声发射数据采集和处理的步骤；

f、对声发射采集系统处理后所得声发射参数进行提取，得到加载过程中不同时刻或阶段的事件参数，并结合相关理论知识进行三维定位作图，判别所述预制有裂纹的非透明试件内部不同时刻或者阶段裂纹破裂区的位置；

g、将加载结束后的预制有裂纹的非透明试件置于CT扫描台进行扫描，获得扫描数据，通过三维重构得到预制有裂纹的非透明试件内部裂纹的空间形态；

h、通过步骤f和步骤g进行对比分析，综合反演得出非透明试件三维裂纹扩展过程。

作为本发明的一个优选方案，步骤a中，对非透明试件预制裂纹为单裂纹或多裂纹，预制裂纹的角度为15°、30°、45°、60°或75°。

作为本发明的另一个优选方案，步骤b中，声发射传感器设置有6～8个，根据不共面的原则将其固定在预制有裂纹的非透明试件表面。

进一步的，步骤c中，所述的预制有裂纹的非透明试件放置在力学试验机压头的中间位置施加预应力。

本发明所带来的有益技术效果为：