[发明专利]单轴压缩过程中岩样损伤的监测装置及监测方法

说明书

本发明公开了单轴压缩过程中岩样损伤的监测装置及监测方法，实现了岩样单轴压缩试验过程中声波、声发射、电磁辐射信息的联合实时监测，以这三种测量数据为基础，分别定义了不同的损伤变量表达形式，在充分考虑单轴压缩过程中岩样声波波速、声发射和电磁辐射变化规律互补性的基础上，提出一个更加合理的综合损伤变量来全面、完整的反映岩样不同破坏阶段的损伤状态；与传统的电磁测量探头相比，电磁辐射测量线圈制作简单方便，而且能够有效屏蔽周围电磁辐射噪音的干扰，使测量结果更加准确；通过改变导线的总匝数，并在不同匝数位置处向外引出导线，分别连接在电磁辐射检测仪的多个通道，能够快速方便的实现不同频带范围电磁辐射信号的同时测量。

技术领域

本发明属于岩石力学室内试验领域，特别涉及单轴压缩过程中岩样损伤的监测装置及监测方法。

背景技术

在岩土工程施工过程中，岩体会受到开挖扰动的影响发生损伤破坏，具体表现为：内部裂隙不断萌生、发展并相互连通，导致其力学性能衰减并最终丧失承压能力，这给施工安全带来了很大的安全隐患。因此，了解岩石的损伤破坏机理、判别岩石的损伤程度，进而反映出岩石受力过程中的破坏情况，对岩土工程灾害的预防和治理具有十分重要的意义。

在岩石力学室内试验中，许多方法可以用于岩石损伤状态的检测，其中使用较多的无损检测方法采用超声波波速来反映岩石受载过程中的损伤变化情况：首先，采用超声波检测仪测定岩样的超声波波速，近似看作岩石在无损伤状态下的超声波波速；然后，在岩样加载过程中，用超声波检测仪不断测量岩样的超声波波速，即不同损伤状态下的波速；最终，计算出岩样不同破坏阶段的损伤变量，用来反映岩样的损伤状态。这种测量方法操作简便，但受到测量方法的限制，往往只能反映岩样整体的宏观损伤破坏情况，对局部的细观损伤反映不足；另外，在加载初期，岩样内部以微小裂纹的变化为主，超声波波速的变化并不十分明显，只有当加载一定时间以后，微裂纹不断汇合、贯通，直至形成宏观破裂，这时超声波波速才会发生较为明显的改变，由此可见，超声波波速并不能够很好的反映岩样加载初期的损伤破坏情况。

现有研究表明，岩石受压产生裂隙的同时，常常伴随有声发射和电磁辐射现象。声发射和电磁辐射信号中包含了大量有用信息，与岩石内部裂隙的动态变化密切相关，而且是对岩石细部损伤破坏情况的直接反映。另一方面，声发射和电磁辐射对微小破裂事件也较为敏感，能够较好的反映岩样加载初期的损伤破坏情况。

综上所述，采用超声波波速来反映岩石受载过程中的损伤变化情况具有一定的局限性，往往只能反映岩样整体的宏观损伤破坏情况，对局部的细观损伤反映不足，而且不能很好的反映岩样加载初期由微裂纹造成的损伤破坏情况；与此相对应的是，声发射和电磁辐射信号能够直接反映岩样细部损伤破坏情况，并且对加载初期的微小破裂事件十分敏感。由此可见，单轴压缩过程中岩样超声波波速、声发射和电磁辐射的变化规律具有很强的互补性，通过三种测量手段的有效结合才能够全面、完整的反映岩样不同破坏阶段的损伤状态。因此，针对在地下工程施工现场取得的岩块或钻孔岩芯基础上加工得到的岩石试样，研制一种单轴压缩过程中岩样损伤状态的声波、声发射和电磁辐射联合监测装置及方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供单轴压缩过程中岩样损伤的监测装置及监测方法，该方法充分考虑岩样损伤状态的声波、声发射和电磁辐射，通过三种测量手段的有效结合，从而能够全面、完整的反映岩样不同破坏阶段的损伤状态。

单轴压缩过程中岩样损伤的监测装置，包括通过上承压板和下承压板承压待测岩样的压力机，在上承压板的下表面和下承压板的上表面均安装与超声波检测仪连接的承压声波探头，用于得出基于声波波速的损伤变量；岩样的侧面设有与声发射检测仪连接的声发射探头，用于得出基于声发射振铃计数的损伤变量；绕岩样设有多圈电磁辐射测量线圈，线圈的多个匝数不同位置处的导线分别连接到电磁辐射检测仪，用于得出基于电磁辐射事件数的损伤变量，以上各个探头与岩样接触面之间涂有耦合剂。