一种岩土试样裂隙率的测量仪器和测量方法技术

本发明专利技术公开了一种岩土试样裂隙率的测量仪器和测量方法，测量仪器包括固定装置、调节装置、含水率测量系统，所述固定装置包括两个底座，用于将岩土试样固定于两个底座之间；调节装置用于调节两个底座的间距；裂隙率测量系统用于探测超声波在岩土试样内部传播的声波波速，由声波波速得到初始裂隙率与声波波速的拟合曲线；再基于含水率数据得到声波波速的修正系数，以修正后的声波波速代替初始裂隙率中的声波波速，得到最终的试样裂隙率数据。本发明专利技术能够准确测量不同含水率的岩土试样裂隙率，能准确、迅速的测量出试样含水率，不损伤试样，轻巧、灵便、易操作。易操作。易操作。

【技术实现步骤摘要】
一种岩土试样裂隙率的测量仪器和测量方法


[0001]本专利技术属于岩土试验
，涉及用于室内外的一种岩土试样裂隙率的测量仪器和测量方法。

技术介绍

[0002]在户外采取岩土体试样进行试验过程中，为保证各试验变量保持一致，常常需要各试样性质保持一致。衡量各试样性质一致的因素有：裂隙率、级配、含水率、孔隙比等；岩体裂隙是指固结的岩石在各种应力作用下破裂变形而产生的空袭。裂隙率作为反映岩体裂隙发育程度的重要定量指标，在实际生产工作中主要涉及水利水电工程、采矿工程、地质勘探、岩土工程、岩质边坡覆绿等专业工程项目。
[0003]目前，室外测量裂隙率的主要方法是通过钻孔、坑道开挖面或岩石露头进行人工测量，在工程实践中常使用测线法和统计窗法。测线法通过在岩体露头布设一条垂直于最发育裂隙的测线直线，测量与测线相交裂隙的几何参数，其测量的是裂隙一维密度，结果表征的是与裂隙走向垂直方向上单位长度内裂隙所占比例，即线裂隙率。统计窗法通过在裂隙较为发育的露头选择合适位置布置矩形或圆形统计窗口，测量与该窗口呈包含、相切、相交关系的所有裂隙面几何数，其测量的是裂隙二维密度，结果表征的是单位面积岩体露头面所包含裂隙面积的比例，即面裂隙率。但存在以下问题：（1）两种测量方法只能从一维或二维角度反映岩体局部表面裂隙发育情况，无法体现岩体内部裂隙发育情况，很可能会遗漏一些关键裂隙信息；（2）只有当裂隙面与出露面正交时，所测隙宽才等于真实裂隙宽度。在野外裂隙面大多与出露面斜交，隙宽测量值较真实值偏大，随着隙宽增大会产生较大误差；（3）测量结果具有较大随机性，选取不同位置、不同大小的测线或统计窗会对得到不同的测量结果；（4）野外岩体出露面多不平整，受出露条件和可操作性所限，布设测线或统计窗较为困难，应用受到极大限制。受岩体裂隙发育的复杂性、野外出露条件以及现有技术水平所限，裂隙三维密度是一个难以测定的参数，目前常用的测定手段主要有钻孔法、三维网络模拟技术、基于数字图像解译处理的数码摄影裂隙测量法等。钻探法在钻探过程中会扰动岩体，改变原有裂隙结构，测量结果不够真实客观; 测量时测量值仅能反映钻孔附近的裂隙发育情况，不同钻孔位置得到的测量结果差异较大，存在很大的随机性。而基于现场调查统计裂隙面参数进行的三维网络模拟技术或基于数字图像解译处理的数码摄影裂隙测量法，步骤繁复，所需技术要求和成本费用高，不便于工程实践应用。
[0004]现有室内试验测量裂隙率的方法中，其一，采用浸入法制作的试验仪器测量裂隙率需要将试样完全浸入水中，将破坏式样，无法再进行后续试验。其二，利用软件对裂隙演化过程拍摄的试样表面图像进行一定程度的处理后，提取裂隙总长度比、裂隙率、平均宽度、分形维数等裂隙参数。这种方法仅仅考虑二维表面的裂隙扩展情况，内部的裂隙率无法测得，存在较大误差。其三，采用CT扫描技术，存在送检时间的不确定性且运送过程难免会对试样产生较大扰动，对测量裂隙率造成误差；且连续观察的成本高，试验时间长；CT仪器非常昂贵，单次扫描费用高且能耗大，在考虑较多试验影响因素时，试验组次多，不仅大大
增加试验花费且难以保证每一组试验、每一个试样、均能通过CT扫描来得到所需的三维内部信息。岩体中发育的裂隙面具有空间组合复杂性、随机性、形态多样性等特点，由于现有测量技术手段所限，难以对岩体中真实结构面进行精确描述。
[0005]现有技术测量含水率的方法中，烘干法烘烤时间太长，且受土料类型不均匀的影响，烘干效果不一致，特别是该方法的热量是从土料的表面向内部传递，且遇到含有少量有机物的岩土时，水分不能完全挥发。碳化钙气压法，需要一种性能稳定的电石粉和测试设备，在我国公路工程的施工控制中，所用的仪器设备还不能达到要求，从而限制了该法的应用。微波炉法，需要进行标定，且对于有机质含量较多的岩土中不能用微波炉进行烘干测试含水率。且上述的方法都不能现取现测含水率，试样的含水率这一物理参数在运送过程中及易发生改变，从而造成试验误差。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种岩土试样裂隙率的测量仪器，能够准确测量不同含水率的岩土试样裂隙率，能同时准确、迅速的测量出试样含水率，不损伤试样，轻巧、灵便、易操作，适合应用于工程实践，解决了现有技术中存在的问题。
[0007]本专利技术的另一目的是，提供一种岩土试样裂隙率的测量方法。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是，一种岩土试样裂隙率的测量仪器，包括：固定装置，所述固定装置包括两个底座，用于将岩土试样固定于两个底座之间；调节装置，用于调节两个底座的间距；含水率测量系统，用于探测岩土试样内部含水率数据；裂隙率测量系统，用于探测超声波在岩土试样内部传播的声波波速，得到初始裂隙率与声波波速的拟合曲线；再基于含水率数据得到声波波速的修正系数，以修正后的声波波速代替初始裂隙率中的声波波速，得到最终的试样裂隙率数据。
[0009]进一步的，所述含水率测量系统包括含水率感应元件，含水率感应元件为导电材质的空心柱状结构，含水率感应元件的柱身均匀间隔设有多个环状凹槽，凹槽内镶嵌有反滤膜，反滤膜与凹槽底部之间铺设有无机盐，形成感湿单元；每个感湿单元的两端通过电线与外部电源连接，电路中连接有电流计，用于测量通过每个感湿单元的电流，得到每个感湿单元的电阻率，通过电阻率计算得到含水率。
[0010]进一步的，所述裂隙率测量系统包括超声波发射器、超声波接收器和计算机，超声波发射器用于向试样发射超声波；超声波接收器用于检测通过试样后的超声波；计算机通过检测到的超声波计算超声波在岩土试样内部传播的声波波速。
[0011]进一步的，所述两个底座分别为左底座、右底座，左底座、右底座相对的侧面设有圆柱形凹槽，与岩土试样的端部相匹配。
[0012]进一步的，所述调节装置包括固定杆，一个底座靠近岩土试样一侧的周围固定有两个固定杆，另一底座与固定杆对应的位置设有螺旋孔，固定杆能够伸入螺旋孔，固定杆的螺旋部分别与齿轮组最外侧两齿轮啮合连接，旋钮通过金属轴与齿轮组中的中间齿轮相连；旋动旋钮带动齿轮组中的中间齿轮同步转动，从而带动两侧齿轮转动，进而由最外侧两齿轮转带动固定杆轴向移动，调节两个底座的间距；为保证最外侧两齿轮转动方向一致，两侧齿轮数相差一个。
[0013]进一步的，所述含水率感应元件的一端为锥形螺旋结构。
[0014]一种岩土试样裂隙率的测量仪器的测量方法，包括以下步骤：S1，将待测的岩土制备为圆柱形试样，在试样中心沿轴向钻取孔洞；S2，将含水率感应元件插入岩土试样中心，岩土试样的一端完全放入左底座的凹槽内；S3，岩土试样的另一端对准右底座的凹槽，调节右底座与左底座之间的距离，使得岩土试样端部完全放入右底座的凹槽内，固定试样；S4，待到含水率感应元件测值稳定后，得到岩土试样的含水率w与超声波传过岩土试样的声波波速v1；S5，基于穿过试样后的超声波强度，通过现有超声波测含裂隙率的方法得到初始裂隙率；对声波波速v1与初始裂隙率进行数据拟合，得到符合初始裂隙率S1分布规律的曲线；S6，基于含水率的影响得到声波波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩土试样裂隙率的测量仪器，其特征在于，包括：固定装置，所述固定装置包括两个底座，用于将岩土试样固定于两个底座之间；调节装置，用于调节两个底座的间距；含水率测量系统，用于探测岩土试样内部含水率数据；裂隙率测量系统，用于探测超声波在岩土试样内部传播的声波波速，通过波速与裂隙率的拟合曲线得到初始裂隙率；再基于含水率数据得到声波波速的修正系数，以修正后的声波波速代替初始裂隙率中的声波波速，得到最终的试样裂隙率数据。2.根据权利要求1所述一种岩土试样裂隙率的测量仪器，其特征在于，所述含水率测量系统包括含水率感应元件（3），含水率感应元件（3）为导电材质的空心柱状结构，含水率感应元件（3）的柱身均匀间隔设有多个环状凹槽，凹槽内镶嵌有反滤膜（12），反滤膜（12）与凹槽底部之间铺设有无机盐，形成感湿单元（10）；每个感湿单元（10）的两端通过电线（11）与外部电源连接，电路中连接有电流计，用于测量通过每个感湿单元（10）的电流，得到每个感湿单元（10）的导电率，将电流转化成电阻后，通过电阻率与含水率之间的关系得到对应位置的含水率数据。3.根据权利要求1所述一种岩土试样裂隙率的测量仪器，其特征在于，所述裂隙率测量系统包括超声波发射器（2）、超声波接收器（4）和计算机，超声波发射器（2）用于向试样发射超声波；超声波接收器（4）用于检测通过试样后的超声波；通过计算机获取声波传过岩土试样的时长t，并结合试样的高度计算超声波在岩土试样内部传播的声波波速。4.根据权利要求1所述一种岩土试样裂隙率的测量仪器，其特征在于，所述两个底座分别为左底座（1）、右底座（5），左底座（1）、右底座（5）相对的侧面设有圆柱形凹槽，与岩土试样的端部相匹配。5.根据权利要求1所述一种岩土试样裂隙率的测量仪器，其特征在于，所述调节装置包括固定杆（6），一个底座靠近岩土试样一侧的周围固定有两个固定杆（6），另一底座与固定杆（6）对应的位置设有螺旋孔，固定杆（6）能够伸入螺旋孔，固定杆（6）的螺旋部（7）分别与齿轮组（9）最外侧两齿轮啮合连接，旋钮（8）通过金属轴与齿轮组（9）中的中间齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾铃，谢宇航，卓鹏，杨子儒，余慧聪，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：