【技术实现步骤摘要】
一种基于静态破碎的裂纹扩展实时监测方法及监测系统
[0001]本专利技术涉及岩土工程领域，尤其涉及一种基于静态破碎的裂纹扩展实时监测方法及监测系统。
技术介绍
[0002]随着城市公共基础设施的建设的发展和安全文明施工要求的逐渐提高。为了减小对周围市政管线、建(构)筑物和居民生活的扰动和影响，城市建筑工程通常禁止使用炸药进行爆破施工，非爆破技术成为了大多数市政建设工程的首选。其中非爆破中的利用静态破碎剂(static crush agent，SCA)静态破碎技术具有安全性能高、施工流程简单、破碎效率高、施工成本低的特点，在岩石破碎和混凝土拆除中备受青睐。与此同时，静态破碎作业比较依赖工人的操作经验，静态破碎技术需要进行工艺流程的优化，其首要需进行破碎过程中裂纹扩展的研究和揭示破碎规律，以优化静态破碎工艺。
[0003]现有的针对岩石、混凝土等脆性材料的裂纹扩展监测技术，具体如：
[0004]现有技术一
[0005]现有公开号为CN110658067B的中国专利，名称为一种基于全场应变测量判别岩石裂纹应力门槛值的方法，公开了一种基于全场应变测量判别岩石裂纹应力门槛值的方法，包含如下步骤：制作岩石试样；岩石试样表面散斑处理；试验加载，采集岩石试样散斑面在试验加载过程中的图像；计算岩石试样散斑面全场位移；计算岩石试样散斑面全场应变；计算岩石试样体积应变、弹性体积应变及裂纹体积应变；获取岩石试样体积应变
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轴向应变曲线、裂纹体积应变
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轴向应变曲线及轴向应力>‑
轴向应变曲线，并绘制在同一副图中；判断岩石试样体积应变及裂纹体积应变的变化规律，确定岩石试样包含裂纹闭合应力、裂纹起裂应力、裂纹损伤应力及峰值应力在内的这四种裂纹应力门槛值。
[0006]现有技术一仅采集岩石试样散斑面在试验加载过程中的图像。
[0007]现有技术二
[0008]现有公开号为CN114965234A的中国专利，名称为一种实时监测岩石裂纹扩展演化的实验装置及试验方法，公开了一种实时监测岩石裂纹扩展演化的实验装置及试验方法，实验装置包括试样固定装置、图像采集装置、降雨装置和日照装置；本专利技术公开的实时监测岩石裂纹扩展演化的实验装置及试验方法，通过试样固定装置可以对试样进行固定，并模拟边坡岩体倾斜状态，通过降雨装置和日照装置的设置可以实现干湿循环的试验条件，并通过设置的图像采集装置实现对试样的状态进行实时采集，实现在干湿循环作用下岩石裂纹演化实时观测，有助于研究干湿循环下岩石裂纹时效演化机理。
[0009]现有技术二使用图像采集装置监测岩石裂纹扩展演化。
[0010]现有技术三
[0011]现有公开号CN113252794B的中国专利，名称为一种声发射裂纹监测方法及系统，其涉及一种声发射裂纹监测方法及系统，步骤为：1)在轮盘工作于低周疲劳试验条件下，声波传感器安装于轮盘疲劳试验器上；2)电信号经过前置放大器的阻抗变化和去噪、放大之
后，由信号采集模块的高速采集卡采集；3)采集到的信号经过降噪处理模块的降噪处理之后，通过数据处理与分析模块的裂纹声发射模型分析循环过程中裂纹声发射特征的异常变化，判定裂纹萌生。系统包括声波传感器、前置放大器、信号采集模块、降噪处理模块和数据处理与分析模块。
[0012]现有技术三仅采用声发射进行裂纹检测。
[0013]综上所述，现有技术的缺陷是基于单一的数字图像处理或声发射技术，很难准确了解到待破碎过程中待破碎物内部微裂纹损伤和表面宏观裂纹的全面信息，进而无法准确地掌握静态破碎过程的裂纹扩展规律。
技术实现思路
[0014]为了克服以上技术问题，本专利技术目的是提供一种基于静态破碎的裂纹扩展实时监测方法及监测系统，该监测系统由静态破碎下的裂纹扩展实时监测系统由声波系统(Acoustic Emission,AE)和数字图像系统(Digital Image Correlation,DIC)两部分组成，其中声发射技术通过捕捉声波信号对被破碎物内部的微裂纹演化特征进行监测，数字图像技术通过比对被破碎物表面的变形量获取宏观裂纹的开裂、扩展演化特征。通过声波探测和数字图像处理，从待破碎物的内部膨胀力加载情况和外部裂纹扩展两方面来对监测裂纹的扩展，在下一步的后续操作达到孔位布置、自由面设置、孔深、孔数、静态破碎剂配合比等工艺参数优化的目标。
[0015]本专利技术提供了如下的技术方案：
[0016]第一方面，本专利技术提供了一种基于静态破碎的裂纹扩展实时监测方法，其包括以下步骤：
[0017]S1：在待破碎物上钻制SCA填充孔，制作需要监测的散斑；
[0018]S2：安装和调试声波系统和图像系统，其中声波系统用于实时收集处理用于微观裂纹分析的声波信号，图像系统用于实时采集和分析宏观外部裂纹扩展拟研究区的图像信息；声波系统和图像系统连接于数字分析显示系统，数字分析显示系统用于对采集的声波信息和图像信息进行数据处理和分析；
[0019]S3：将SCA浆体拌制均匀后并灌满待破碎物表面的SCA填充孔；
[0020]S4：静态破碎过程中同时开启声波系统和图像系统，分别对被破碎物进行声波信号和图像信号的实时裂纹监测和数据采集分析；
[0021]S5：通过数据分析显示系统对采集声波信息和图像信息进行数据处理和分析，实时得到所述待破碎物内部SCA膨胀力加载的三维空间位置坐标和能量大小信息和表面宏观裂纹扩展宽度、深度及扩展方向信息；
[0022]S6：通过所述数据分析显示系统将静态破碎过程中待破碎物的宏观尺度下的外观变形与微观尺度的细微损伤相结合，实时掌握静态破碎程度和破碎效果，及时优化静态破碎的工艺参数。
[0023]在上述实施方式中，通过声波信号和图像信号的采集、处理和分析，并根据静态破碎技术中静态破碎剂(SCA)能量释放缓慢与裂纹扩展速度缓的特点，将静态破碎过程中待破碎物的内部加载情况和外部裂纹扩展实施实时同步监测，从而达成静态破碎时的裂纹扩展实时监测。数字分析显示系统选自服务器或计算机设备。
[0024]根据一些实施方式，所述S1步骤具体包括以下步骤：
[0025]S101：在待破碎物的上表面沿水平方向布置梅花型的所述SCA填充孔，并将梅花型中心位置的孔作为空孔以增加自由面数量；
[0026]S102：制作用于研究数字图像区域的散斑，用酒精擦拭待破碎物表面后，均匀喷涂薄层白色哑光底漆，待风干后再用油墨喷涂黑色散斑使其均匀分布。
[0027]在上述实施方式中，根据施工现场静态破碎施工设计要求，可将空孔穿插其中以增加自由面面积，以提升破碎效率；散斑4均匀分布在待破碎物1的观测面上，避免散斑4过密或者过于稀疏的情况。
[0028]根据一些实施方式，
[0029]所述声波系统包括声波传感器探针(2)、传感器探头固定器(3)、前置放大器(7)和波形采集仪(8)；所述图像系统包括高速摄像机(11)；所述数字分析显示系统处理分析收集的声本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于静态破碎的裂纹扩展实时监测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：在待破碎物(1)上钻制SCA填充孔，制作需要监测的散斑；S2：安装和调试声波系统和图像系统，其中声波系统用于实时收集处理用于微观裂纹分析的声波信号，图像系统用于实时采集和分析宏观外部裂纹扩展拟研究区的图像信息；声波系统和图像系统连接于数字分析显示系统，数字分析显示系统用于对采集的声波信息和图像信息进行数据处理和分析；S3：将SCA浆体拌制均匀后并灌满待破碎物表面的SCA填充孔；S4：静态破碎过程中同时开启声波系统和图像系统，分别对被破碎物进行声波信号和图像信号的实时裂纹监测和数据采集分析；S5：通过数据分析显示系统对采集声波信息和图像信息进行数据处理和分析，实时得到所述待破碎物内部SCA膨胀力加载的三维空间位置坐标和能量大小信息和表面宏观裂纹扩展宽度、深度及扩展方向信息；S6：通过所述数据分析显示系统将静态破碎过程中待破碎物的宏观尺度下的外观变形与微观尺度的细微损伤相结合，实时掌握静态破碎程度和破碎效果，及时优化静态破碎的工艺参数。2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：所述S1步骤具体包括以下步骤：S101：在待破碎物(1)的上表面沿水平方向布置梅花型的所述SCA填充孔，并将梅花型中心位置的孔作为空孔以增加自由面数量；S102：制作用于研究数字图像区域的散斑，用酒精擦拭待破碎物表面后，均匀喷涂薄层白色哑光底漆，待风干后再用油墨喷涂黑色散斑使其均匀分布。3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：所述声波系统包括声波传感器探针(2)、传感器探头固定器(3)、前置放大器(7)和波形采集仪(8)；所述图像系统包括高速摄像机(11)；所述数字分析显示系统处理分析收集的声波信息和图像信息；其中S2步骤具体包括以下步骤：S201：所述传感器探头固定器(3)粘贴于待破碎物(1)的侧面上；S202：所述声波传感器探针(2)放置在探头固定器(3)内，并在接触面涂抹耦合剂；S203：所述声波传感器探针(2)连接至所述前置放大器(7)的输入端；所述前置放大器(7)的输出端与所述声波波形采集仪(8)的输入端连接，所述声波采集仪(8)的输出端与所述服务器(9)的输入端相连，并通过所述服务器(9)采用单纯形法将待破碎物断裂中接收到声波点源信号转化为内部微观尺度损伤的三维空间位置信息；S204：所述高速摄像机(11)的信号输出端与服务器(9)的信号输入端相连，所述服务器(9)接收到的图像信号，通过数字图像方法比对变形破坏前后待破碎物(1)研究区域内散斑位置，来获取被破碎物表面的全场位移与应变分布，并对外部宏观尺度下的裂纹扩展情况进行三维数据分析和显示。4.一种基于静态破碎的裂纹扩展实时监测系统，其特征在于：包括声波系统，用于捕捉在待破碎物(1)内部的声波信号的声波采集系统，通过声波信号分析待破碎物(1)内部微观尺度下的损伤与裂...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴宗旺，于洪彪，曹伟杨，王官通，吴起星，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：
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