[发明专利]岩石三轴试验的主被动组合式声学测试及渗流测试联合系统

说明书

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，具体涉及一种适用于岩石、地质、物探等工程测试技术领域的岩石三轴试验的组合式声学测试及渗流测试联合系统。

背景技术

在受荷或卸荷作用下，岩石内部局部塑性变形或新裂纹萌生、新旧裂纹扩展的过程中，应变能的瞬时释放而产生弹性波，这些弹性波携带着岩石内部损伤演化过程中的微破裂信息，学者们将之称为声发射信号。声发射测试是一种震源信号不可控，测试系统不发送声信号只接收声信号的被动声测方式。

岩石声波测试是研究岩石动力学性质的重要手段，声波测试是一种人工控制震源，波源信号由声波换能器将电脉冲信号转换为振幅、频率范围可控的弹性波，测试系统既接收又发送信号的主动声测方式。

岩石的渗流性质是指岩石在一定的水力梯度作用下，水穿透岩石的能力。它间接地反映了岩石中裂隙间相互连通的程度。岩石在三轴受压过程中渗透压和应力相互耦合使渗流性质发生变化，岩石三轴渗流试验是研究岩石在水力耦合作用下力学性质和水理性质的重要手段之一。

目前，声波测试这种主动声学测试常常利用多波分析仪进行，鲜有引入三轴试验系统，在岩石三轴受压过程中监测声波传播特性。声发射监测常常利用单独的声发射测试系统进行监测，结构复杂，成本较高。在岩石三轴测试领域尚无结合主动声波测试、被动声发射监测及渗流测试功能于一体的三轴试验系统，渗流特性测试所用的承压探头也并不具有声学测试的功能。另外，已有的岩石三轴试验机主要在进行声发射的被动声发射监测时，为了防止试验机压力室内的油压损坏传感器压电陶瓷，常常将声发射传感布置在试验机压力室外的上下底座上，但这样布置的结果是传感器离压力腔内的岩石试样距离较远，声发射信号传播到传感器过程中衰减较大，试验结果准确度难以保证。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种岩石三轴试验的主被动组合式声学测试及渗流测试联合系统，其不仅能完成传统三轴试验系统所能完成的岩石力学试验和渗透试验等，而且实现了同时进行力学三轴试验、主被动声学测试及渗透测试一体化的多种功能，并解决了传统岩石试验系统单独监测声发射信号所带来的高成本及准确度较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种岩石三轴试验的主被动组合式声学测试及渗流测试联合系统，包括有岩石三轴试验机、多波分析仪、声发射信号采集仪以及电子计算机；

该岩石三轴试验机包括有密封压力室、轴压导杆以及设置于密封压力室内用于夹住岩样的上承压探头和下承压探头；该多波分析仪、声发射信号采集仪以及电子计算机位于密封压力室外；

该上承压探头包括有第一主体以及设置于第一主体内的声发射传感器和第一声波换能器，该声发射传感器与声发射信号采集仪及电子计算机连接，该第一声波换能器与多波分析仪及电子计算机连接，该第一主体内设置有对准岩样的第一孔隙水压流体通孔，该第一孔隙水压流体通孔与密封压力室的内部连通；

该下承压探头包括有第二主体以及设置于第二主体内的第二声波换能器，该第二声波换能器与多波分析仪及电子计算机连接，该第二主体内设置有对准岩样的第二孔隙水压流体通孔，该第二孔隙水压流体通孔与密封压力室的内部连通；

该轴压导杆伸入密封压力室内并抵压于上承压探头上。

作为一种优选方案，所述密封压力室包括有底座以及主体盖，该主体盖固定于底座上，该主体盖与底座之接合处的外侧套设有密封圈。

作为一种优选方案，所述第一主体包括有探头主件以及探头盖，该探头主件的上端面凹设有空腔，该探头盖密封盖住该空腔的开口，前述声发射传感器置于该空腔内，前述第一声波换能器和第一孔隙水压流体通孔均设置于探头主件内。

作为一种优选方案，所述探头盖通过紧固螺栓与探头主件固定连接，该探头盖与探头主件之间夹设有环形橡胶密封圈。

作为一种优选方案，所述探头盖向下凸设有定位部，该定位部伸出空腔内，该探头盖的底面周缘抵于探头主件的顶端面上。

作为一种优选方案，所述探头主件和探头盖均为强度和刚度大的不锈钢材料。

作为一种优选方案，所述探头盖的顶端凹设有对中导槽，该轴压导杆的下端嵌于该对中导槽内。

作为一种优选方案，所述第二主体为强度和刚度大的不锈钢材料。

作为一种优选方案，所述第一主体的下端面以及第二主体的上端面均设置有中心通孔、环向沟槽和径向沟槽，该中心通孔与前述对应的孔隙水压流体通孔连通，该径向沟槽连通于中心通孔和环向沟槽之间。