一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法技术方案

一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法，包括：冻融箱，用于冻融岩石样本；所述岩石样本放置于所述冻融箱内部，所述岩石样本表面具有岩石裂隙；温度压力传感器，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的温度变化和压力变化；所述温度压力传感器设置于所述岩石裂隙处；裂隙计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的张开度变化；所述裂隙计设置于所述岩石裂隙处；裂纹扩展计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的尖端扩展变化；所述裂纹扩展计设置于所述岩石裂隙处；数据处理装置，用于处理各零件的监测数据；所述数据处理装置设置于所述冻融箱外部，且分别与所述温度压力传感器、所述裂隙计和所述裂纹扩展计连接。本申请试验操作简单，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法


[0001]本专利技术属于岩体力学
，具体涉及一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的发展，西部高海拔高寒地区的基础建设也与日俱增，如青藏铁路、青藏公路、川藏铁路的修建，而低温冻胀会对寒区岩体工程造成不可逆转的危害。岩体中分布有大量的原生裂隙，在低温条件下，岩体原生裂隙中的水会冻结成冰，体积膨胀约为9％，对裂隙产生挤压，促使原生裂隙进一步扩展，对岩体工程的安全稳定造成威胁。
[0003]目前，对低温条件下岩石裂隙冻胀力的监测方法可以分为间接测量法和直接测量法两类，间接测量法包括光弹法和裂缝变形监测法，间接测量法需要通过一些假设去反算出冻胀力的值，试验测试精度较差，误差也难以控制。而直接测量法需要使用单点式测量传感器进行测量，无法实现对整个裂隙面冻胀力实时监测，且由于单点式测量传感器布置在裂隙面的位置不同，所测的冻胀力也会不同，而对冻融条件下岩石裂隙温度的监测也多为单点式监测，并且温度测点与冻胀力测点不在统一位置，因此两者无法一一对应起来。
[0004]公开号为CN112067636A、名称为岩石含冰裂隙的冻胀变形扩展实时监测系统及其监测方法的专利提供了一种对冻融条件下岩石裂隙扩展变形的监测方法，其对CT扫描系统进行了改造并加上了冻融装置，通过CT试验机来监测冻融过程中岩石裂隙的扩展情况，然而CT试验机较为精密，改造难度大，试验价格昂贵，而且当试样的尺寸过大时，CT试验机发出的射线很难穿透试样，无法进行监测。
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技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统，包括：
[0007]冻融箱，用于冻融岩石样本；所述岩石样本放置于所述冻融箱内部，所述岩石样本表面具有岩石裂隙；
[0008]温度压力传感器，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的温度变化和压力变化；所述温度压力传感器设置于所述岩石裂隙处；
[0009]裂隙计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的张开度变化；所述裂隙计设置于所述岩石裂隙处；
[0010]裂纹扩展计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的尖端扩展变化；所述裂纹扩展计设置于所述岩石裂隙处；
[0011]数据处理装置，用于处理各零件的监测数据；所述数据处理装置设置于所述冻融箱外部，且分别与所述温度压力传感器、所述裂隙计和所述裂纹扩展计连接。
[0012]优选地，所述数据处理装置包括：第一数据采集线、第一数据采集器和第一数据处理器，其中，所述第一数据采集器和所述第一数据处理器均设置于所述冻融箱外部，所述第一数据采集线的第一端穿过所述冻融箱并与所述温度压力传感器连接，所述第一数据采集线的第二端与所述第一数据采集器连接，所述第一数据采集器与所述第一数据处理器连接。
[0013]优选地，所述冻融箱上设置有第一通孔，所述第一数据采集线通过所述第一通孔，所述第一通孔中设置有第一弹性橡胶塞，所述第一弹性橡胶塞包裹所述第一数据采集线并封堵所述第一通孔。
[0014]优选地，所述数据处理装置包括：第二数据采集线、第三数据采集线、第二数据采集器、第三数据采集器和第二数据处理器，其中，所述第二数据采集器、所述第三数据采集器和所述第二数据处理器均设置于所述冻融箱外部，所述第二数据采集线的第一端穿过所述冻融箱并与所述裂隙计连接，所述第三数据采集线的第一端穿过所述冻融箱并与所述裂纹扩展计连接，所述第二数据采集线的第二端与所述第二数据采集器连接，所述第三数据采集线的第二端与所述第三数据采集器连接，所述第二数据采集器和所述第三数据采集器均与所述第二数据处理器连接。
[0015]优选地，所述冻融箱上设置有第二通孔和第三通孔，所述第二数据采集线通过所述第二通孔，所述第三数据采集线通过所述第三通孔，所述第二通孔中设置有第二弹性橡胶塞，所述第二弹性橡胶塞包裹所述第二数据采集线并封堵所述第二通孔，所述第三通孔中设置有第三弹性橡胶塞，所述第三弹性橡胶塞包裹所述第三数据采集线并封堵所述第三通孔。
[0016]优选地，所述温度压力传感器布置在所述岩石裂隙的一侧，所述温度压力传感器的尺寸与所述岩石裂隙的尺寸相匹配。
[0017]优选地，所述温度压力传感器具有温度检测点和压力检测点，所述温度检测点和所述压力检测点的位置重合，且二者检测频率相同
[0018]优选地，所述裂隙计横跨所述岩石裂隙布置，所述裂隙计的两端对应插入所述岩石裂隙两端的安装孔中，所述安装孔中密封设置有环氧树脂密封，所述裂隙计的两端对应插入所述环氧树脂中。
[0019]优选地，所述裂纹扩展计紧密粘贴于所述岩石样本表面，所述岩石裂隙的两个尖端位置均布置有所述裂纹扩展计。
[0020]本专利技术还提供了一种冻融条件下岩石裂隙实时监测方法，基于如上述中任一所述的冻融条件下岩石裂隙实时监测系统实现，所述方法包括步骤：
[0021]对岩石样本进行预处理并在其表面形成岩石裂隙；
[0022]将温度压力传感器设置于所述岩石裂隙处；
[0023]将裂隙计设置于所述岩石裂隙处；
[0024]将裂纹扩展计设置于所述岩石裂隙处；
[0025]将所述岩石样本放入冻融箱；
[0026]将所述数温度压力传感器、所述裂隙计和所述裂纹扩展计与所述冻融箱外部的据处理装置连接；
[0027]设置所述冻融箱的工作参数；
[0028]实时监测所述据处理装置的数据。
[0029]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请提供的一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统及方法，可以清楚地知道岩石裂隙内任意一点的冻胀力以及温度的变化情况，还能便捷经济地监测岩石裂隙尖端的扩展及变形情况，并且可以对尺寸较大的试样进行试验；可以探测冻融条件下岩石裂隙空间内冻胀力、温度的实时演化规律，以及裂隙尖端的扩展及变形情况，具有结构简单，试验操作简单，成本低的优点。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0031]图1是本专利技术实施例提供的一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统的示意图；
[0032]图2是本专利技术实施例提供的一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统的示意图；
[0033]图3是本专利技术实施例提供的一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统的侧视示意图；
[0034]图4是本专利技术实施例提供的一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统的俯视示意图。
具体实施方式
[0035]下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本专利技术，本专利技术的优点和各种效果将由此更加清楚地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冻融条件下岩石裂隙实时监测系统，其特征在于，包括：冻融箱，用于冻融岩石样本；所述岩石样本放置于所述冻融箱内部，所述岩石样本表面具有岩石裂隙；温度压力传感器，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的温度变化和压力变化；所述温度压力传感器设置于所述岩石裂隙处；裂隙计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的张开度变化；所述裂隙计设置于所述岩石裂隙处；裂纹扩展计，用于监测冻融过程中所述岩石裂隙的尖端扩展变化；所述裂纹扩展计设置于所述岩石裂隙处；数据处理装置，用于处理各零件的监测数据；所述数据处理装置设置于所述冻融箱外部，且分别与所述温度压力传感器、所述裂隙计和所述裂纹扩展计连接。2.根据权利要求1所述的冻融条件下岩石裂隙实时监测系统，其特征在于，所述数据处理装置包括：第一数据采集线、第一数据采集器和第一数据处理器，其中，所述第一数据采集器和所述第一数据处理器均设置于所述冻融箱外部，所述第一数据采集线的第一端穿过所述冻融箱并与所述温度压力传感器连接，所述第一数据采集线的第二端与所述第一数据采集器连接，所述第一数据采集器与所述第一数据处理器连接。3.根据权利要求2所述的冻融条件下岩石裂隙实时监测系统，其特征在于，所述冻融箱上设置有第一通孔，所述第一数据采集线通过所述第一通孔，所述第一通孔中设置有第一弹性橡胶塞，所述第一弹性橡胶塞包裹所述第一数据采集线并封堵所述第一通孔。4.根据权利要求1所述的冻融条件下岩石裂隙实时监测系统，其特征在于，所述数据处理装置包括：第二数据采集线、第三数据采集线、第二数据采集器、第三数据采集器和第二数据处理器，其中，所述第二数据采集器、所述第三数据采集器和所述第二数据处理器均设置于所述冻融箱外部，所述第二数据采集线的第一端穿过所述冻融箱并与所述裂隙计连接，所述第三数据采集线的第一端穿过所述冻融箱并与所述裂纹扩展计连接，所述第二数据采集线的第二端与所述第二数据采集器连接，所述第三数据采集线的第二端与所述第三数据采集器连接，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张君岳，刘桓兑，李银平，王贵宾，马洪岭，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：