[实用新型]岩石三轴单样法多级屈服点的声学判别装置

说明书

技术领域

本实用新型属于岩体力学试验领域，涉及岩石破裂过程及机制研究技术以及脆性岩石单样三轴试验技术，具体地说是涉及一种岩石三轴单样法多级屈服点的声学判别装置。

背景技术

随着我国社会经济的高速发展，水利资源的大规模开发，铁路交通的迅速拓展和核电工业的兴起，与岩体相关的大规模工程日益增多，这些工程也呈现出大规模大埋深的特点。深部岩石力学与工程研究中面临高地应力、高外水压力引起的结构安全、岩爆和长隧洞的快速施工等一系列挑战性的岩石力学与工程课题。因此，深部岩层岩体破坏微观力学机制和力学特性的研究成为热点。

室内岩石常规三轴试验一般采用单一围压轴对称的应力系统，即先对岩石试件施加侧压力达到某一恒定值(σ₂＝σ₃)，然后增加轴向压力σ₁，直到岩样破坏。一个岩石试件只能得出一对σ₁和σ₃的数据，无法确定岩石的强度包络线，也不能得到岩石的粘聚力和内摩擦角等参数。各行业规范及国标一般规定岩石三轴试验同一种含水率下岩石试件不得少于5件。由于在一些工程中很难取到足够的岩石试件以及试件自身有一定的离散性，试验中会出现试验数据不足以及较为离散现象，给试验和数据处理带来了不便。

由此，单块样三轴试验法应运而生，单块样三轴试验也即先确定围压加载等级，如σ₃＝c1、c2、c3、c4、c5，试验步骤为先加围压至第1级围压c1，然后加轴压至破坏点(屈服点)；此时，保持轴压不变，围压在第1级围压的基础上加载至第2级围压值，此时保持围压不变，再逐渐增加轴压直至第2级破坏(屈服)，以此类推。但长期以来，由于岩石为脆性材料，该方法中每级轴压加至何值，该级破坏点如何判别，一直制约着该方法在岩石三轴试验中的应用和推广，也很难被岩土工程师认可。

因此，在单块样三轴试验中，一直很难通过试验曲线或其他手段来获取岩石在多级三轴加载过程中屈服点的判断，这是目前需要解决的问题之一。

鉴于以上难点，可以借鉴岩石试验过程中试件声波波速的变化来判断单样法中每级的屈服破坏点。目前采用声波测试评价岩体的稳定和松弛、损伤范围及程度，即利用人工方法对被测介质施加动荷载，作为激发弹性波的激发源，使之在介质中进行传播，然后通过分析量测设备接收传来的声波信息，如波速、振幅、频率、声谱、波形等。声波检测广泛地应用于各类工程建设，诸如检测地下洞库、巷道围岩的稳定，评价岩体的质量和分类，矿床、矿柱稳定监测，地基基础和边坡加固处理的效果检验，以及岩溶和水晶洞穴、软弱岩层或夹层、断层破碎带、风化层的探测等。但是，这种方法受岩石试件本身的结构和完整性等因素影响，单纯采用该方法有时容易得到误判。

另外，声波测试作为评价工程岩体的稳定性和损伤范围及程度的一项检测指标，有单独完整的检测程序和测试方法，在现有技术中，单纯采用声波测试较难全面定性、定量地对岩体破坏过程中进行实时观测与表征，有明显的局限性。同时，岩石、混凝土材料中的微裂纹在产生、扩展、开合及贯通过程中，会产生声发射。由于微裂纹很难直接观测，声发射方法便成了研究岩石、混凝土受力变形过程中微裂纹动态变化过程的有力工具。声发射检测技术是利用声发射的衰减变化情况来评价岩石内的损伤情况，声发射给出的信息较为丰富，如：累计发射数N、声发射率AER、声发射波幅A、声发射能量E和声发射时间T。

在高应力三轴试验条件下，岩石通过橡胶套置于高油压的腔室中，岩石试件的声波波速测试和声发射测试变得更为困难。因此，需要通过声波波速测试和声发射测试等声学手段判别方法，获得较为全面的反映岩石整个破坏过程中的AE声发射中AE声发射数、能量和幅值等参数，从而获取岩石在多级三轴加载过程中屈服点的判断，这是目前需要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种岩石三轴单样法多级屈服点的声学判别装置，解决高围压下声发射AE探头与声波探头耦合密封设置在上下压头内，能承受高油压且置于充满高围压的三轴腔室中，可以采集到无损的AE信号，通过耦合声发射AE与声波波速联合测试声波波速变化过程以及岩石整个破坏过程中的AE声发射数、能量和幅值等参数以及岩石特征强度临界附件的声波波速变化特征，能够较为全面的对岩石微裂纹动态变化进行定性、定量地观察与表征，直观的展示岩石破坏过程中次生微裂纹的产生位置及扩展路径，准确判别试验过程中岩石的屈服点，从而保证轴压加载下一级别的围压，增加了试验的成功率。