[发明专利]高精度岩石试样加载中三维裂隙扩展测试实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种高精度岩石试样加载中三维裂隙扩展测试实验装置及方法，该实验装置包括刚性的传感器转化器，传感器转化器一端设有与试样配合的安装面，另一端安装有声发射传感器，声发射传感器与控制器连接，控制器与计算机连接。本发明通过传感器转化器和岩石试样的连接，减小传感器与试样的接触面，使定位更加准确，且保护不同荷载尤其是复杂荷载作用下，试样破坏对传感器的冲击作用，保护传感器的使用寿命。低频不等幅加卸载方式既是研究获取能量演化数据所必须的，同时这种加载方式延长了岩石破坏过程，使声发射源定位能更稳定更清晰观测岩石内部结构灾变劣化过程中的变化情况。

技术领域

本发明涉及高精度岩石试样荷载作用过程中内部三维裂隙实时扩展的一种实验测试方法，属于岩石领域。

背景技术

岩体在荷载作用下，其内部裂纹的萌生扩展、相互作用及贯通是导致岩石的破裂与失稳的原因。尤其深部岩体在工程开挖等扰动荷载作用下，探索岩体空间裂隙从微观萌生、局部微裂隙扩展、成核及破坏规律对工程稳定性有重要的影响。并且岩石内多尺度裂纹渐进扩展规律及相关数据是研究裂纹扩展机理的重要依据，也是本构模型创建和有效进行工程安全预警的重要基础。但是由于岩石内部不可见性，其中三维裂隙扩展过程的研究是科学研究难点和热点，高精度岩石试样荷载作用下内部三维裂隙实时扩展的试验方法为解决这一问题提供技术支持。

由于加工方法和实验技术的不断改进，近些年来关于三维裂隙实时扩展的研究取得一定的进展。CT实验对岩石内部三维裂纹实时扩展的研究产生了很大的推动作用，但其扫描过程的时间差，不能保证裂纹渐进扩展的实时性。并且CT实验关于岩石内部三维裂纹的的重构和图像处理技术有关，微细裂纹不易被识别。声发射技术检测岩石内部结构有无损和实时的优势，传统声发射声源定位测试方法能测试荷载作用下岩石内部裂纹的总体变化情况。但是对试样内三维裂纹扩展过程进行三维定位的，不太准确。定位裂纹模型材料在三维裂隙的研究中也有较广泛的应用。如PPMM材料、透明数值材料、石膏等，这些模型材料和真实岩石材料有很大的差别，例如不能很好的反映岩石材料的非均质的等。对岩体三维裂纹的研究更加接近岩体的实际破裂过程，也更具有工程实际意义。因此针对岩石材料高精度荷载作用过程中内部三维裂隙实时扩展的研究越来越急迫。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高精度岩石试样加载中三维裂隙扩展测试实验装置及方法，通过传感器转换器的过渡作用，更精确的运用声发射探头获取岩石内部损伤破坏的三维定位情况，不等幅加卸载循环有效的控制破坏过程，使声发射源三维定位更稳定。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种高精度岩石试样加载中三维裂隙扩展测试实验装置，包括刚性的传感器转化器，所述传感器转化器一端设有与试样配合的安装面，另一端安装有声发射传感器，声发射传感器与控制器连接，控制器与计算机连接。

作为优选，所述声发射传感器通过柔性连接剂与传感器转化器连接。

作为优选，所述安装面的面积小于传感器转化器另一端的面积。

一种上述的高精度岩石试样加载中三维裂隙扩展测试实验装置，包括以下步骤：

(1)通过取样装置取得试样样品；

(2)传感器转化器固定于预制裂隙端部和试样端部之间的位置，至少安装不在同一个平面的转化器3个，在端部和预制裂隙之间安装的意义在于既可测试试样端部和预制裂隙端部的三维裂隙，又和试样端部、预制裂隙端部有一定距离，避免了应力集中的不利影响；

(3)、取完整岩石试样和含不同预制裂隙岩石试样各三块，开展单轴压缩实验，分析试样的压密强度，以每组压密强度的平均值为预静荷载强度；

(4)、将每组荷载加压至预静荷载值后，开展不等幅加卸载实验，每次加载的幅值高于前次20％，合适的幅值有利于破裂过程的动态研究，加载过程由应力控制，加载速度为0.1MPa/s，为准静态加载过程；