[实用新型]一种针对长方体试样的非对称布置声发射试验系统

说明书

本实用新型公开了一种针对长方形试样的非对称布置声发射试验系统，适用于室内岩石力学测试过程中的声发射测试，所设计的夹具结构简单，制作方便，制作成本低廉，适用性高，易安装，方法易于操作，能够直接用于单轴压缩非对称声发射试验；由于前夹板和弹簧连接后架之间可相对转动，故不仅可以用于不同情况的非对称性声发射试验，同样可用于对称情况下的声发射试验，应用范围广，实现一器多用，实验室可只配备一种类型的相应仪器来测定标准长方体岩石试样在不同布置方法的声发射试验。

技术领域

本实用新型属于岩土工程技术领域，具体涉及一种针对长方体试样的非对称布置声发射试验系统。

背景技术

声发射(acoustic emission，AE，简称AE技术)是脆性材料受到外力或内力作用时，由于自身的形变和裂纹扩展造成其内部弹性能量迅速释放而产生瞬态弹性波的一种物理现象。岩石内部富含各种缺陷(微裂纹、空隙、节理裂隙等)，是典型的非均匀脆性材料，在受载破裂过程中会产生大量的声发射信号。岩石声发射作为岩石破坏过程中的一种伴生现象，蕴含着岩石材料内部结构缺陷性质和性态变化的丰富信息。AE的频率范围从次声(频率低于20Hz)、可听声(20Hz～ 20KHz)、直至几十MHz的超声波，其幅度(传感器输出电压)，大约从几微伏到几百伏。AE是自然界中一种常见的物理现象，如果在音频范围释放的应变能足够大，就可以听得见声鸣。木材折断、大多数金属材料发生塑性形变和断裂时都伴有声发射产生。但AE信号的强度一般都比较弱，人耳不能直接听见，需要借助敏感的传感器和电子仪器才能检测出来。利用材料或构件受负载时所辐射的AE信号的能量、振幅、波长和频度(单位时间内发生AE的次数)等，可以研究它们的破坏过程和机理，判断材料或构件的抗断裂性能，使得AE技术成为研究岩石力学领域相关问题的一种重要手段。

自发现受压作用下岩石结构内部存在声发射活动以来，AE技术已在原岩地应力测试、地震序列、微破裂机制及岩体稳定性等领域得到了广泛的应用。在岩石力学领域，可通过岩石声发射技术，研究拉伸、压缩和弯曲载荷下岩石变形及破坏的基本特性；建立声发射信号和岩石性质之间的相关关系；确定单向应力和三向应力状态下岩石样品中非稳定裂隙的起始点；确定岩盐及其它塑性岩石的屈服极限；研究岩石声发射机理、声信号与岩石破碎过程的联系等。

目前，大部分室内岩石力学测试声发射实验都习惯采用圆柱体试样，而在岩石各向异性力学行为室内试验中，圆柱体试样由于水平两个方向无差别，对研究岩石力学行为各向异性特别是层理效应有一定影响，无法很好满足研究岩石力学行为的层理各向异性方面要求。而长方体试件水平两个方向存在差别，能全面反映岩石各向异性的特征，故在岩石力学行为各向异性的室内研究中推荐采用长方体试样进行力学测试并进行声发射测试。通常材料的声发射信息到达换能器的应力波信号是复杂的，每一个波型都有它自己的特征速度和衰减速率，而这两者又都与频率有关，我们探测到的声发射信号的大小、形状和频率的含量全都与试样的尺寸、形状、表面条件和信号源与传感器的相对位置有关。长方体固体的几何边界会导致频散，从而致使某一些频率的脉冲就要比另外频率的到达的迟。声发射源的定位，又靠的是测量声发射信号到达探头的时差，频散作用使脉冲的形状发生畸变，就使时差不易测准，因而增加了精确确定声发射源位置的困难,运用传统的对称式探头布置，难以精确测定声发射源的位置。通过AE探头的非对称布置从而抵消探头之间某些脉冲因为畸变产生的时差。同时，在岩石试件受力破坏过程中，自始至终都会伴随高频声发射，岩石试件在超过其极限强度的应力作用下产生微破裂，并以高频声发射形式释放能量且持续时间短，仅为几毫秒，能量较小，在岩石试件中传播时衰减快，影响范围小。这就需要探头在极短的时间内探测到高频声发射，传统的声发射布置难以做到这一点，而利用非对称性声发射由于探头的非对称布置，使得8个探头总有某个探头的距离与破坏源距离变小，进而探测到高频声发射的概率增加，进而更多的收集到高频声发射信号。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的针对长方体试样的非对称布置声发射试验系统解决了上述背景技术中存在的问题。