[发明专利]一种基于声发射探测技术的弯曲渗流试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种基于声发射探测技术的弯曲渗流试验装置及试验方法，包括轴向加载系统、水压控制系统、声发射装置以及弯曲渗流系统，弯曲渗流系统的缸筒内依次设有底板椎体、环形下压板、岩样、环形上压板和活塞；岩样夹持固定在环形上压板和环形下压板之间，底板椎体穿过环形下压板顶在岩样的中心，活塞内设有与环形上压板的内孔相连通的流道，水压控制系统用于向流道内通入高压水并通过水压‑流量数据采集仪实现数据采集，声发射装置的探头布置在岩样的侧壁上。本申请将声发射无损探测技术应用于试验装置中，分析岩样在弯曲破坏过程中裂纹的演化规律，结合弯曲变形中渗流演化规律，从细观的角度研究岩层在弯曲变形破坏中发生突水灾害的机理。

技术领域

本发明属于矿体开采技术领域，尤其涉及一种基于声发射探测技术的弯曲渗流试验装置及试验方法。

背景技术

随着资源开发利用的深度不断增大，会引起高地应力和高渗透压等问题，高地应力往往会引起地下结构的失稳或破坏，再加以高渗透压作为威胁，深部地下工程的突水事故资源开发中是一个重大的挑战。对于采场顶底板发生渗透性失稳的研究，工程技术人员和以前的学者都做出了很多贡献，并且硕果累累，他们从流固耦合、应力-渗流耦合、应力-渗流-温度耦合、颗粒迁移变质量渗流等各个角度，并且采用数值分析，室内相似模拟试验、现场试验等手段探索发生突水灾害的内在机理和防治措施，但是绝大多数学者以研究含有节理构造的地质为背景，通过离散元等数值软件研究裂隙发育规律，而实际上，完整岩体在高承压水和大变形的条件下也会发生突水灾害，这种突水灾害也对深部资源开发有巨大的威胁。

随着科学技术的快速发展，声发射探测技术也逐渐运用到岩石力学的领域。许多学者在单轴压缩、三轴压缩的试验过程中开展声发射试验，分析裂纹发展规律，研究裂纹规律与宏观破坏性质、强度变化规律的关系，取得了很大的进展，证明声发射无损探测技术已经成功运用到岩石力学的研究中，但是鲜有人将声发射探测技术与渗流试验结合起来，研究深部矿产资源开采过程中突水灾害的内在机制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于声发射探测技术的弯曲渗流试验装置及试验方法，将声发射探测技术应用于研究岩体弯曲渗流过程中裂隙的扩展演化规律，将渗透率的变化规律与裂隙演化规律结合，探索裂隙场的演化如何影响渗流状态的改变。从细观的角度，揭示岩体在高承压水的条件下产生弯曲变形直至渗透性失稳破坏的内在机制。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于声发射探测技术的弯曲渗流试验装置，包括轴向加载系统、水压控制系统、弯曲渗流系统以及声发射装置；

所述弯曲渗流系统包括设置于轴向加载系统承载台上的缸筒，所述缸筒内从下到上依次设有底板椎体、环形下压板、岩样、环形上压板和活塞，所述底板椎体固定安装在缸筒的底板上，所述活塞位于轴向加载系统加载头的下方；

所述环形上压板和环形下压板分别压在所述岩样的上端边缘和下端边缘上，所述环形上压板与所述岩样之间设有密封圈，所述底板椎体穿过所述环形下压板顶在所述岩样的中部，所述活塞内设有与所述环形上压板的内孔相连通以用于通入高压水的流道；

所述水压控制系统用于向流道内通入高压水并通过水压-流量数据采集仪实现水流量以及水压的数据采集，所述声发射装置的探头布置在所述岩样的侧壁上。

进一步的，所述环形上压板和环形下压板通过紧固螺栓紧固连接以将所述岩样夹持固定在两者之间。

进一步的，所述探头的信号线从环形上压板和环形下压板之间引出后穿过缸筒侧壁依次连接至声发射装置的信号放大器和声发射信号采集仪。

进一步的，所述水压控制系统包括双作用液压缸、供油泵和供水泵，所述供油泵通过供油管道与所述双作用液压缸的其中一腔室连通，所述供水泵通过供水管道与所述双作用液压缸的另一腔室连通，所述双作用液压缸的出水端通过进水管与所述流道连通。