岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置及方法，装置包括：支撑装置，声发射装置，电极装置，光纤光栅装置等。实现了常规三轴加载条件下岩石试件变形、破坏过程的电性参数、声发射信号和形变量的测试，同时细化了试件尺寸局部到整体、细观到宏观损伤演化过程的参量表征。尤其是光纤光栅的引入，使岩石试件形变测试精度大大提升。本发明专利技术实现了对模拟千米以内的高应力环境的模拟，进而通过地球物理参数测试来表征岩石试件的变形及破裂情况，这对认识深部岩石力学破裂机理具有很大的帮助，同时为深部岩体工程的动力测试以及灾害防治提供帮助。防治提供帮助。防治提供帮助。

【技术实现步骤摘要】
岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩石属性参数测试
，更具体的说是涉及岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置及方法。

技术介绍

[0002]目前煤炭矿井的平均开采深度已经超过500米，最大开采深度达到1500米。随着开采深度的增加，越来越多的矿井向深部开采。但深部所处的“三高一扰动”的复杂力学环境、岩体力学特性及岩石的灾变演化特点尚未得到充分的研究。深部岩体在受载破裂时，其本身结构发生变化的同时，伴随着地球物理场的变化。多种地球物理场的变化可定性或定量描述岩体的损伤演化过程，但目前对相关的研究开展较少。煤矿深部环境复杂，开展原位大型岩石力学实验是困难的，因此，原位取芯然后还原原生深部环境是探索深部岩石力学性质的重要方法。获取构建三维岩石试件参量表征模型以及参量间的响应关系，通过地球物理参数测试来表征岩石试件的变形及破裂情况，这对认识深部岩石力学破裂机理具有很大的帮助，同时为深部岩体工程的动力测试以及灾害防治提供帮助。
[0003]因此如何提供岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置及方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术的一个目的在于提出岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置，模拟原位取芯后还原岩石原生深部环境，通过地球物理参数测试来表征岩石试件的变形及破裂情况，为认识深部岩石力学破裂机理提供帮助。
[0005]本专利技术的另一个目的在于提出岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试方法。
[0006]本专利技术提供了岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置，包括：
[0007]支撑装置，所述支撑装置呈圆柱状，其内部形成支撑腔用于容纳试件，其底部位于承载台上，且位于充满液体的三轴加载室内部，三轴加载压头位于试件正上方，所述试件顶部和底部均接触有密封钢锭；
[0008]声发射装置，所述支撑装置上设置有多组声发射装置，所述声发射装置通过数据线连接位于所述三轴加载室外部的声发射采集仪，用于实时采集试件进行三轴加载时声发射信号；
[0009]电极装置，所述支撑腔内具有所述电极装置，且所述电极装置通过热缩橡胶密封套贴合于试件外壁上，所述热缩橡胶密封套与所述密封钢锭固定，所述电极装置经过电极导线穿过所述支撑装置，连接位于所述三轴加载室外部的高频电法采集仪，用于实时采集试件进行三轴加载时电性参数；
[0010]光纤光栅装置，所述热缩橡胶密封套外壁上具有光纤光栅装置，所述光纤光栅装置通过跳线连接位于所述三轴加载室外部的多通道光纤光栅解调仪，用于实时采集试件进行三轴加载时多倾角应变参数；以及
[0011]计算机，所述计算机连接所述声发射采集仪、高频电法采集仪及多通道光纤光栅解调仪。
[0012]进一步地，所述三轴加载室的室壁上安装有连接所述数据线的电法航空插头连接器和声发射航空插头连接器；所述三轴加载室的室壁上开设有光纤通道，所述光纤通道内安装FC接头，所述跳线连接所述FC接头；以获得三轴加载室内的测试信号。
[0013]进一步地，所述支撑装置采用聚甲基丙烯酸甲酯制成，其上具有贯通的液体通道，用于平衡所述支撑装置内外的液压。
[0014]进一步地，所述声发射装置为八组，位于所述支撑装置两个水平面上环状分布，每个水平面上等间距布置四个；
[0015]每一个所述声发射装置均包括：
[0016]声发射螺纹底座，所述声发射螺纹底座与所述支撑装置上的安装通道配合，用于固定和支撑；
[0017]探头弹簧，所述声发射螺纹底座内侧连接有所述探头弹簧，所述探头弹簧表面均匀涂抹一层绝缘漆；
[0018]压电陶瓷探头护套，所述探头弹簧远离所述声发射螺纹底座的一端连接所述压电陶瓷探头护套；
[0019]及声发射探头，所述压电陶瓷探头护套靠近所述试件一侧固定所述声发射探头，所述数据线连接所述声发射探头，且通过所述声发射螺纹底座向外延伸。
[0020]进一步地，所述电极装置包括个供电/测量电极、一个N电极、一个B电极均粘结于所述热缩橡胶密封套的内壁上；所述供电/测量电极分为四列，每列六个铜片电极等距排列，所述电极导线与铜片电极相连、且集成一体。
[0021]进一步地，所述光纤光栅装置粘结于热缩橡胶密封套外表面；其包括多个光纤段及光栅段；每一个所述光纤段上均对应设置有所述光栅段，且多个所述光纤段以试件一点为中心呈向外辐射状布置，形成多个测试倾角。
[0022]进一步地，所述测试倾角包括0
°
、15
°
、45
°
、75
°
、90
°
、115
°
、135
°
及165
°
。
[0023]进一步地，所述测试倾角为0
°
对应的光纤段上设置有三个栅点，相邻两个栅点中心的间距为53
‑
57mm，其余所述测试倾角对应的光纤段上均设置有二个栅点，且对称分布于所述中心两侧。
[0024]进一步地，所述三轴加载压头通过框架支撑。
[0025]本专利技术还提供了岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试方法，包括以下步骤：
[0026]S1、将电极装置用绝缘胶粘贴在热缩橡胶密封套内壁，将试件放置于热缩橡胶密封套中，并在热缩橡胶密封套两端设置密封钢锭，使密封钢锭与试件两端接触，利用热吹风加热热缩橡胶密封套，使得岩石试件与密封钢锭通过热缩橡胶密封套完全固定住；
[0027]S2、在热缩橡胶密封套的外表面粘贴光纤光栅；
[0028]S3、将S2中粘结后的结构放在承载台上，使支撑装置上的测试探头与试件外部良好耦合，检查所有传输线，确保传输线正常工作；
[0029]S4、封闭三轴加载室，启动三轴试验机，预设初始围压为20
‑
25MPa，同时对试件预加载力，测试此时的自然电位、声发射信号和应变数据，确保设备的正常工作；
[0030]S5、对试件进行轴向位移控制加载，压头的速度为1.0
×
10
‑6m/s，期间连续的进行
数据采集和存储，直至岩石试件完全破坏，停止加载，获得试件加载全程的三场数据，具体为电信号测得的地电场数据、光信号测得的应变量数据和声发射信号测得的裂隙场数据；
[0031]S6、对数据进行处理、分析。
[0032]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术实现了常规三轴加载条件下岩石试件变形、破坏过程的电性参数、声发射信号和形变量的测试，同时细化了试件尺寸局部到整体、细观到宏观损伤演化过程的参量表征。尤其是光纤光栅的引入，使岩石试件形变测试精度大大提升。本专利技术，可实现对模拟千米以内的高应力环境的模拟，进而通过地球物理参数测试来表征岩石试件的变形及破裂情况，这对认识深部岩石力学破裂机理具有很大的帮助，可以深部岩体工程的动力测试以及灾害防治提供帮助。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置，其特征在于，包括：支撑装置(4)，所述支撑装置(4)呈圆柱状，其内部形成支撑腔用于容纳试件，其底部位于承载台(16)上，且位于充满液体的三轴加载室(3)内部，三轴加载压头(2)位于试件(5)正上方，所述试件(5)顶部和底部均接触有密封钢锭(14)；声发射装置(6)，所述支撑装置(4)上设置有多组声发射装置(6)，所述声发射装置(6)通过数据线(7)连接位于所述三轴加载室(3)外部的声发射采集仪(24)，用于实时采集试件(5)进行三轴加载时声发射信号；电极装置(8)，所述支撑腔内具有所述电极装置(8)，且所述电极装置(8)通过热缩橡胶密封套(15)贴合于试件(5)外壁上，所述热缩橡胶密封套(15)与所述密封钢锭(14)固定，所述电极装置(8)经过电极导线(10)穿过所述支撑装置(4)，连接位于所述三轴加载室(3)外部的高频电法采集仪(25)，用于实时采集试件(5)进行三轴加载时电性参数；光纤光栅装置(11)，所述热缩橡胶密封套(15)外壁上具有光纤光栅装置(11)，所述光纤光栅装置(11)通过跳线(12)连接位于所述三轴加载室(3)外部的多通道光纤光栅解调仪(27)，用于实时采集试件(5)进行三轴加载时多倾角应变参数；以及计算机(26)，所述计算机(26)连接所述声发射采集仪(24)、高频电法采集仪(25)及多通道光纤光栅解调仪(27)。2.根据权利要求1所述的岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置，其特征在于，所述三轴加载室(3)的室壁上安装有连接所述数据线(7)的电法航空插头连接器(19)和声发射航空插头连接器(21)；所述三轴加载室(3)的室壁上开设有光纤通道(23)，所述光纤通道(23)内安装FC接头(22)，所述跳线(12)连接所述FC接头(22)；以获得三轴加载室内的测试信号。3.根据权利要求1所述的岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置，其特征在于，所述支撑装置(4)采用聚甲基丙烯酸甲酯制成，其上具有贯通的液体通道(13)，用于平衡所述支撑装置(4)内外的液压。4.根据权利要求1所述的岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置，其特征在于，所述声发射装置(6)为八组，位于所述支撑装置(4)两个水平面上环状分布，每个水平面上等间距布置四个；每一个所述声发射装置(6)均包括：声发射螺纹底座(6.1)，所述声发射螺纹底座(6.1)与所述支撑装置(4)上的安装通道(6.5)配合，用于固定和支撑；探头弹簧(6.2)，所述声发射螺纹底座(6.1)内侧连接有所述探头弹簧(6.2)，所述探头弹簧(6.2)表面均匀涂抹一层绝缘漆；压电陶瓷探头护套(6.3)，所述探头弹簧(6.2)远离所述声发射螺纹底座(6.1)的一端连接所述压电陶瓷探头护套(6.3)；及声发射探头(6.4)，所述压电陶瓷探头护套(6.3)靠近所述试件(5)一侧固定所述声发射探头(6.4)，所述数据线(7)连接所述声发射探头(6.4)，且通过所述声发射螺纹底座(6.1)向...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，张平松，姚多喜，欧元超，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：