本发明专利技术公开了一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，包括用于对岩体的裂隙进行注浆的注浆装置、用于对注浆后的岩体进行磁场扫描的三维磁场扫描装置和用于控制三维磁场扫描装置运动的控制装置。本发明专利技术还公开了一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描方法，包括以下步骤：步骤一、配制浆液；步骤二、对岩体进行注浆和三维磁场扫描；步骤三、结果分析。本发明专利技术采用含不同磁石粉质量分数的浆液对岩体进行多次重复注浆，满足岩体内部不同大小、不同方向和不同孔隙的裂隙，通过磁感应探头对岩体进行磁场扫描，得到岩体中的磁场强度和磁场方向信息，从而得到岩体的裂隙分布，适用于工程现场，使用操作方便。
【技术实现步骤摘要】
一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统及方法
本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统及方法。
技术介绍
岩石是一种复杂的天然材料，其内部富含各种随机分布的微裂隙、节理等各种损伤，它表现出非连续性、非均质性和各向异性等。岩体是由岩石组成的不连续介质，裂隙大量存在于天然岩体中。在面对复杂的实际工程中如地质、矿业以及一些地下工程中，常常因为岩石内部的缺陷使利用理想化模型计算出的岩石损伤与实际相差甚远。岩体的结构面、缝隙、裂隙将工程岩体切割，使得工程岩体整体性降低，工程稳定性也随之降低，对工程稳定及安全具有重要影响。对岩体裂隙进行准确探测对于工程设计、施工、运营及安全运行具有重要意义。因此，岩体内部裂隙分布的精准探测一直是工程中的重大难题之一。CT扫描方法作为一种行之有效的技术已经在岩体裂隙探测中进行了应用，但其成本太高，难以实现工程现场应用。磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。磁法勘探是物探方法中最古老的一种，20世纪80年代开始，高精度磁性检测应用于油气勘探、煤田勘探、工程勘探、军事等，发展成熟。在岩矿物中﹐只有磁铁矿﹑钛磁铁矿﹑磁黄铁矿和磁赤铁矿等少数矿物具有强磁性，大多数岩矿物本身不具有磁性，因此﹐通过对岩矿物的裂隙注入磁性材料，来进行岩体裂隙探测，具有可行性，但是目前还没有形成一套完整的实验系统，因此需建立一套基于磁性检测的岩体裂隙探测系统，完善和扩充岩体裂隙的扩展规律，为工程注浆等方面提供可靠依据，提高注浆精度，减少消耗，保证实际工程的安全生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其结构简单、设计合理，采用含不同磁石粉质量分数的浆液对岩体进行多次重复注浆，满足岩体内部不同大小、不同方向和不同孔隙的裂隙，通过磁感应探头对岩体进行磁场扫描，得到岩体中的磁场强度和磁场方向信息，从而得到岩体的裂隙分布，适用于工程现场，使用操作方便。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：包括用于对岩体的裂隙进行注浆的注浆装置、用于对注浆后的岩体进行磁场扫描的三维磁场扫描装置和用于控制三维磁场扫描装置运动的控制装置，所述注浆装置包括注浆泵和多个分别储存有不同质量分数磁石粉的浆液的储浆瓶，所述储浆瓶和注浆泵通过连接管连接，所述注浆泵通过注浆管与岩体上的注浆孔连接，所述三维磁场扫描装置包括磁感应探头以及用于实现磁感应探头在X方向、Y方向和Z方向上移动的移动单元。上述的一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：所述移动单元包括X方向滑轨、Y方向滑轨、Z方向滑轨和用于安装所述X方向滑轨的滑轨平台，所述X方向滑轨上滑动设置有X方向滑块，所述X方向滑块与Y方向滑轨固定连接，所述Y方向滑轨上滑动设置有Y方向滑块，所述Y方向滑块与Z方向滑轨固定连接，所述Z方向滑轨上滑动设置有Z方向滑块，所述Z方向滑块固定连接有连接杆，所述磁感应探头与连接杆转动连接。上述的一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：所述控制装置包括控制器、上位机和用于实现所述控制器与上位机通信连接的第一通信模块，所述控制器接有存储器，所述控制器的输入端接有参数输入模块、用于检测X方向滑块位移的X位移传感器、用于检测Y方向滑块位移的Y位移传感器、用于检测Z方向滑块位移的Z位移传感器和用于检测注浆流量的流量传感器，所述控制器的输出端接有X滑块驱动器、Y滑块驱动器、Z滑块驱动器、探头驱动器和流量阀，所述X滑块驱动器接有X滑块驱动电机，Y滑块驱动器接有Y滑块驱动电机，Z滑块驱动器接有Z滑块驱动电机，探头驱动器接有探头驱动电机，所述磁感应探头与所述控制器的输入端相接，所述流量阀安装在注浆泵的出口管道上。上述的一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：还包括注浆挡板和用于放置所述岩体的岩体平台，所述注浆挡板包括与所述岩体平台可拆卸连接的侧板和与所述侧板可拆卸连接的顶板，所述顶板上开设有供所述注浆管穿过的通孔。上述的一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：所述岩体平台上开设有供所述侧板安装的卡槽。上述的一种岩体裂隙分布检测用三维磁场成像系统，其特征在于：所述岩体平台的底端设置有行走轮。上述的一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：所述注浆挡板为透明挡板。本专利技术还提供了一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、配制浆液：配制含不同质量分数磁石粉的浆液：将不同质量配比的磁石粉、水泥和水混合制成含不同质量分数磁石粉的浆液，将含不同质量分数的磁石粉的浆液分别储存在储浆瓶中；步骤二、对岩体进行注浆和三维磁场扫描：步骤201、采用步骤一中储存在储浆瓶中的浆液对岩体上的裂隙进行注浆，注浆完成后静置24h～72h，再采用磁感应探头对岩体上的裂隙进行三维磁场扫描，得到岩体的磁场强度和磁场方向信息；步骤202、重复步骤201对岩体进行多次注浆和三维磁场扫描，相邻两次注浆中后一次注浆采用的浆液中的磁石粉的质量分数大于前一次注浆采用的浆液中的磁石粉的质量分数，当相邻两次三维磁场扫描得到的岩体的磁场强度相等时，结束注浆和三维磁场扫描；步骤三、结果分析：对步骤二中每次得到的岩体的磁场强度和磁场方向信息进行分析，得到岩体的裂隙分布情况。上述的方法，其特征在于：步骤二中，磁感应探头每次对岩体进行三维磁场扫描的扫描路径均相同。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的结构简单，设计合理，实现及使用操作方便。2、本专利技术在储浆瓶内的浆液中加入磁石粉，通过注浆孔对岩体注入含有磁石粉的浆液，以含有磁石粉的浆液填补岩体内部的裂隙，通过磁感应探头对岩体进行磁场扫描，得到磁场强度和磁场方向信息，从磁场强度和磁场方向信息分析得到岩体的裂隙分布情况，以磁性检测代替现有的CT扫描，降低了检测成本，适用于工程现场。3、本专利技术采用含不同磁石粉质量分数的浆液对岩体进行多次重复注浆，相邻两次注浆中后一次注浆采用的浆液中的磁石粉的质量分数大于前一次注浆采用的浆液中的磁石粉的质量分数，避免空隙小的裂隙被较大磁石粉质量分数的浆液堵塞，从而适应不同尺寸和不同材质的岩体，满足岩体内部大小、方向、孔隙不同的裂隙，适应性好。综上所述，本专利技术结构简单、设计合理，采用含不同磁石粉质量分数的浆液对岩体进行多次重复注浆，满足岩体内部不同大小、不同方向和不同孔隙的裂隙，通过磁感应探头对岩体进行磁场扫描，得到岩体中的磁场强度和磁场方向信息，从而得到岩体的裂隙分布，适用于工程现场，使用操作方便。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术注浆装置的结构示意图。图2为本专利技术三维磁场扫描装置的结构示意图。图3为本专利技术控制装置的电路原理框图。图4为本专利技术的方法流程图。附图标记说明:1—岩体平台；2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：包括用于对岩体(7)的裂隙进行注浆的注浆装置、用于对注浆后的岩体(7)进行磁场扫描的三维磁场扫描装置和用于控制三维磁场扫描装置运动的控制装置，所述注浆装置包括注浆泵(33)和多个分别储存有不同质量分数磁石粉的浆液的储浆瓶(6)，所述储浆瓶(6)和注浆泵(33)通过连接管(34)连接，所述注浆泵(33)通过注浆管(5)与岩体(7)上的注浆孔(8)连接，所述三维磁场扫描装置包括磁感应探头(19)以及用于实现磁感应探头(19)在X方向、Y方向和Z方向上移动的移动单元。
【技术特征摘要】
1.一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：包括用于对岩体(7)的裂隙进行注浆的注浆装置、用于对注浆后的岩体(7)进行磁场扫描的三维磁场扫描装置和用于控制三维磁场扫描装置运动的控制装置，所述注浆装置包括注浆泵(33)和多个分别储存有不同质量分数磁石粉的浆液的储浆瓶(6)，所述储浆瓶(6)和注浆泵(33)通过连接管(34)连接，所述注浆泵(33)通过注浆管(5)与岩体(7)上的注浆孔(8)连接，所述三维磁场扫描装置包括磁感应探头(19)以及用于实现磁感应探头(19)在X方向、Y方向和Z方向上移动的移动单元。2.按照权利要求1所述的一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：所述移动单元包括X方向滑轨(11)、Y方向滑轨(13)、Z方向滑轨(15)和用于安装所述X方向滑轨(11)的滑轨平台(10)，所述X方向滑轨(11)上滑动设置有X方向滑块(12)，所述X方向滑块(12)与Y方向滑轨(13)固定连接，所述Y方向滑轨(13)上滑动设置有Y方向滑块(14)，所述Y方向滑块(14)与Z方向滑轨(15)固定连接，所述Z方向滑轨(15)上滑动设置有Z方向滑块(16)，所述Z方向滑块(16)固定连接有连接杆(17)，所述磁感应探头(19)与连接杆(17)转动连接。3.按照权利要求2所述的一种用于岩体裂隙分布检测的三维磁场扫描系统，其特征在于：所述控制装置包括控制器(20)、上位机(23)和用于实现所述控制器(20)与上位机(23)通信连接的第一通信模块(22)，所述控制器(20)接有存储器(18)，所述控制器(20)的输入端接有参数输入模块(21)、用于检测X方向滑块(12)位移的X位移传感器(30)、用于检测Y方向滑块(14)位移的Y位移传感器(31)、用于检测Z方向滑块(16)位移的Z位移传感器(32)和用于检测注浆流量的流量传感器(37)，所述控制器(20)的输出端接有X滑块驱动器(24)、Y滑块驱动器(26)、Z滑块驱动器(28)、探头驱动器(35)和流量阀(38)，所述X滑块驱动器(24)接有X滑块驱动电机(25)，Y滑块驱动器(26)接有Y滑块驱动电机(27)，Z滑块驱动器(28)接有Z滑块驱动电机(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，李树刚，杨铭扬，林海飞，张超，成连华，肖鹏，严敏，赵鹏翔，丁洋，双海清，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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