一種溫度可控的巖石單軸壓縮聲發射試驗裝置及試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于溫度可控的巖石單軸壓縮聲發射試驗裝置及試驗方法，主要適用于實驗室內模擬不同溫度環境下的巖石單軸壓縮多通道聲發射檢測試驗。
【背景技術】
[0002]溫度是影響巖石物理力學性質的重要因素。隨著國民經濟飛速發展，巖石深部地下工程將日益增加。然而，越進入深部工程后，巖石將受到越復雜的溫度環境影響，其物理力學特性也將發生重大的變化。因此，研宄溫度對巖石物理力學特性的影響具有重要意義。目前，實驗室內的巖石單軸壓縮試驗方面，對于溫度對巖石物理力學特性的研宄方面，主要多見研宄溫度作用后對巖石物理力學特性變化影響，對在實時溫度作用下對巖石物理力學特性的研宄不多見。
[0003]聲發射監測技術是巖石地下工程災害監測預警的一種重要手段。通過試驗表明巖石在不同應力階段所釋放的聲發射信號出現不同的組合模式，如果僅僅是采用單一的檢測頻段，可能會遺漏掉聲發射的重要信息。
[0004]國際巖石力學試驗標準中，對巖樣的建議要求為標準圓柱形，通常在實驗室進行巖石單軸壓縮聲發射檢測試驗時，聲發射傳感器的安放方法一直是試驗中令人頭疼的問題，常用的做法是用膠帶將聲發射傳感器固定在巖石表面，這種做法存在的問題是，試驗中須重復拆裝聲發射傳感器，不能保證傳感器每次與巖石接觸的面積、壓力量值都滿足要求等，而且聲發射傳感器可能會隨巖石試樣的變化而滑動的可能性，容易造成較大的誤差。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的問題是針對上述存在的問題及技術不足，而提供一種可對在單軸壓縮下的巖石試樣進行實時變溫、恒溫控制的多頻段的聲發射檢測試驗裝置及試驗方法。
[0006]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種溫度可控的巖石單軸壓縮聲發射試驗裝置，所述裝置包括:加載系統、加熱系統、溫控系統、應變系統、聲發射系統，所述加熱系統、溫控系統、應變系統、聲發射系統均設置于所述加載系統上。
[0007]進一步的，所述加載系統包括軟體導熱外殼，所述軟體導熱外殼為空心圓筒形，所述軟體導熱外殼設有溫度檢測孔、第一應變檢測孔、第二應變檢測孔、第一聲發射檢測孔和第二聲發射檢測孔，所述第一應變檢測孔和第二應變檢測孔對稱布置，所述第一聲發射檢測孔和第二聲發射檢測孔豎直間隔設置，所述軟體導熱外殼外部設置所述加熱系統。
[0008]進一步的，所述加載系統還包括:上承壓墊塊和下承壓墊塊，所述上承壓墊塊為圓錐臺形，所述下承壓墊塊為圓柱形，所述軟體導熱外殼設置于所述下承壓墊塊上端，所述上承壓墊塊設置于所述軟體導熱外殼上端，所述加熱系統、應變系統、聲發射系統固定于所述下承壓墊塊上。
[0009]進一步的，所述加熱系統為熱電阻絲，所述熱電阻絲多圈纏繞于所述軟體導熱外殼外表面。
[0010]進一步的，所述溫控系統包括:溫度傳感器、溫度控制器和電源，所述溫度傳感器穿設于所述溫度檢測孔中，所述溫度控制器分別與所述熱電阻絲、溫度傳感器和電源連接。
[0011]進一步的，所述應變系統包括:對稱布置的兩組徑向應變組件和對稱布置的兩組軸向應變組件，每組所述徑向應變組件包括徑向應變計和徑向應變螺栓，所述徑向應變計下端固定于所述下承壓墊塊的側面，所述徑向應變計上端設置所述徑向應變螺栓，所述徑向應變螺栓穿設于對應的所述第一應變檢測孔和第二應變檢測孔并與試樣接觸，每組所述軸向應變組件包括軸向應變計，所述軸向應變計下端固定于所述下承壓墊塊的側面，所述軸向應變計頂部與所述上承壓墊塊錐形面接觸。
[0012]進一步的，所述下承壓墊塊側面設有應變接線口，所述應變接線口與所述計算機連接。
[0013]進一步的，所述聲發射系統包括:聲發射組件和聲發射采集儀，所述聲發射組件包括:聲發射傳感器固定支架、聲發射傳感器、聲發射固定槽，所述聲發射傳感器固定支架下端固定與所述下承壓墊塊的側面，所述聲發射傳感器固定支架上間隔設置兩個所述聲發射固定槽，所述聲發射傳感器設置于所述聲發射固定槽中，兩個所述聲發射固定槽分別設置于所述第一聲發射檢測孔、第二聲發射檢測孔中，所述聲發射固定槽的位置可根據實際需要調整，所述聲發射傳感器與所述聲發射采集儀相連。
[0014]進一步的，所述聲發射固定槽由基板、槽盒和彈簧組成，所述槽盒為一端封閉的空心圓柱體，所述槽盒內封閉側與所述彈簧一端連接，所述彈簧另一端與所述基板連接，所述基板用于放置聲發射傳感器，所述槽盒封閉側設有用于聲發射傳感器接線的通孔。
[0015]一種溫度可控的巖石單軸壓縮聲發射試驗方法，具體步驟包括:
步驟1，放置巖石試樣，將制備好的標準圓柱體巖石試樣表面均勻涂抹上少許凡士林等潤滑劑，再將巖石試樣放入軟體導熱外殼內部；
步驟2，安裝加熱系統，環布熱電阻絲，將預先準備好的熱電阻絲，均勻纏繞在軟體導熱外殼殼體外部，盡量緊貼、包裹殼體外部，并繞開溫度檢測孔、第一應變檢測孔、第二應變檢測孔、第一聲發射檢測孔和第二聲發射檢測孔；
步驟3，安裝應變系統，安裝對稱布置的徑向應變組件和軸向應變組件，將徑向應變計下端固定在下承壓墊塊上，將徑向應變螺栓固定于所述徑向應變計上端，并將徑向應變螺栓穿過對應的第一應變檢測孔或第二應變檢測孔；將軸向應變計下端固定在下承壓墊塊上，使軸向應變計上端與上承壓墊塊接觸；
步驟4，安裝聲發射系統，將聲發射傳感器固定支架下端固定于所述下承壓墊塊上，將聲發射固定槽固定在聲發射傳感器固定支架上，并使聲發射固定槽對應第一聲發射檢測孔和第二聲發射檢測孔，將聲發射傳感器、基板和彈簧安裝到槽盒中；
步驟5，固定溫度傳感器、聲發射傳感器、徑向應變計、軸向應變計、上承壓墊塊的位置，將有巖石試樣和熱電阻絲的軟體導熱外殼組合體放置在下承壓墊塊上；通過溫度檢測孔用膠帶把溫度傳感器固定在巖石試樣表面；徑向應變螺栓固定貼緊至巖石試樣表面，聲發射傳感器的采集端表面均勻抹上凡士林等耦合劑與巖石試樣表面緊貼在一起；兩個聲發射傳感器同時固定好后，再將上承壓墊塊放在最上面，并檢查調節各部件到最終位置，上述完成后將組合裝置放置到單軸壓力機上；
步驟6，連接聲發射采集儀、溫度控制器、電源和計算機；
步驟7，檢查所有連線準確無誤后，開啟溫度控制器、電源、計算機、聲發射采集儀，針對不同溫度下的試樣進行聲發射檢測；
步驟8，斷開電源，使巖石試樣表面溫度值降至常溫后，取下溫度傳感器，拿掉上承壓墊塊，取下軟體導熱外殼，對巖石試樣受壓面稍稍施加壓力，將其取出。
[0016]本發明具有以下優點和效果:
1.本發明所述的溫度可控的巖石單軸壓縮聲發射試驗裝置，可對在單軸壓縮下的巖石進行實時變溫、恒溫控制。
[0017]2.本發明所述的溫度可控的巖石單軸壓縮聲發射試驗裝置，配有兩套聲發射傳感器固定槽，可同時安放兩套不同檢測頻段的聲發射檢測傳感器，從而有效地減少聲發射信號的遺漏。
[0018]3.本發明所述的溫度可控的巖石單軸壓縮聲發射試驗裝置，所述的聲發射傳感器固定支架，可保證聲發射傳感器和巖石試樣表面，既方便又精準的分離