基于声波干耦合的岩石全应力-应变损伤监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于声波干耦合的岩石全应力‑应变损伤监测系统及方法，属于岩体工程监测技术领域。该监测系统包括小尺寸干耦合点接触式声波换能器和数字化型多功能集成电路板，该方法首先在岩石全应力‑应变试验前，在测试岩石外表面或钻孔内布置干耦合点接触式声波换能器，然后通过超声波脉冲发射控制和自适应调频规避岩石声发射频率段，再标定试样超声波波速，设置采样间隔时间，同步获取多位置多频波形数据，最后对超声波接收波形小波去噪后，进行波形初至时间辨别。本发明专利技术实现了岩石全应力‑应变试验过程损伤不均衡发展的全方位检测，实现了各阶段优势频率超声波的传输以及全方位、多方式的岩石损伤程度判别。

【技术实现步骤摘要】
基于声波干耦合的岩石全应力-应变损伤监测系统及方法
本专利技术涉及岩体工程监测
，特别是指一种基于声波干耦合的岩石全应力-应变损伤监测系统及方法。
技术介绍
地下工程失稳问题是岩石、岩体损伤量累加发展至临界点而导致整体结构丧失承载稳定性的过程。针对岩石损伤的探测和监测技术和方法的研究是解决岩石破坏强度与岩石稳定性的基础。岩石全应力-应变试验对于了解岩石变形、局部破坏到整体破坏全过程特征，深入认识工程岩体变形破坏机制，指导岩体工程设计和施工具有重要作用。因此，基于岩石损伤机理，开展岩石全应力-应变过程损伤探测、监测研究，判别岩石损伤程度对减轻岩石工程具有重要现实意义。目前，岩石、岩体损伤探测采用超声波测试技术，而损伤监测采用声发射相关技术。虽然均需接收弹性波信号，但波速测量和声发射测量在传感器接触方式、尺寸大小和响应频率上存在区别，试验测试上仍为各自独立系统。中科院杨春和团队专利技术了一种岩石声波、声发射同步测量的方法及装置，实现岩石试样力学加载过程的声波、声发射同步测量(公开号：CN103954690A)。但其无法应用在岩石试样曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于声波干耦合的岩石全应力-应变损伤监测系统，其特征在于：包括干耦合点接触式声波换能器和数字化型多功能集成电路板(1)，干耦合点接触式声波换能器分为干耦合点接触式声波发射换能器(4)和干耦合点接触式声波接收换能器(5)，干耦合点接触式声波发射换能器(4)和干耦合点接触式声波接收换能器(5)分别设置在岩石试样(3)外表面或岩石试样(3)的钻孔内，数字化型多功能集成电路板(1)连接数字示波器(2)和干耦合点接触式声波发射换能器(4)，数字示波器(2)连接干耦合点接触式声波接收换能器(5)，岩石试样(3)置于岩石力学试验设备(6)中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于声波干耦合的岩石全应力-应变损伤监测系统，其特征在于：包括干耦合点接触式声波换能器和数字化型多功能集成电路板(1)，干耦合点接触式声波换能器分为干耦合点接触式声波发射换能器(4)和干耦合点接触式声波接收换能器(5)，干耦合点接触式声波发射换能器(4)和干耦合点接触式声波接收换能器(5)分别设置在岩石试样(3)外表面或岩石试样(3)的钻孔内，数字化型多功能集成电路板(1)连接数字示波器(2)和干耦合点接触式声波发射换能器(4)，数字示波器(2)连接干耦合点接触式声波接收换能器(5)，岩石试样(3)置于岩石力学试验设备(6)中。


2.根据权利要求1所述的基于声波干耦合的岩石全应力-应变损伤监测系统，其特征在于：所述干耦合点接触式声波换能器包括球形保护头(7)、PZT压电陶瓷(8)、绝缘卡环(9)、螺纹压板(10)、信号输出端(11)和吸波缓冲材料(12)，干耦合点接触式声波换能器整体为L型结构，PZT压电陶瓷(8)嵌于吸波缓冲材料(12)中，PZT压电陶瓷(8)露出的端部上设置球形保护头(7)，PZT压电陶瓷(8)嵌入吸波缓冲材料(12)的一端通过绝缘卡环(9)固定，且连接信号输出端(11)，信号输出端(11)通过螺纹压板(10)固定。


3.根据权利要求1所述的基于声波干耦合的岩石全应力-应变损伤监测系统，其特征在于：所述吸波缓冲材料(12)采用导热硅胶，导热系数＞2w/(m·k)，使用温度范围-50～100℃，声阻抗15×106～18×106kg/m2·s。


4.根据权利要求1所述的基于声波干耦合的岩石全应力-应变损伤监测系统，其特征在于：所述干耦合点接触式声波发射换能器(4)为一个，干耦合点接触式声波接收换能器(5)不少于两个。

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【专利技术属性】
技术研发人员：李远，刘洋，马国栋，乔兰，李庆文，李政，谢海根，张博，苏考，
申请(专利权)人：北京科技大学，中交第二公路工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11