【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地下岩土工程无损检测领域，尤其涉及一种不同条件下岩石损伤超声试验装置及方法。
技术介绍
1、地下水，特别是岩层中的承压水层，是地下、隧道工程施工过程中引发工程事故的重要原因之一。基坑、隧道等工程施工时不可避免地会对土、岩体产生剧烈的扰动，受到振动、冲击等扰动作用的影响，埋藏在岩体之间的承压水在压力的作用下，会从岩层薄弱处向低压区渗漏，形成突水、不均匀沉降等工程事故。剧烈的扰动还会导致岩层中原有的裂隙层间界面等微小缺陷进一步扩大，并发展成断裂，为承压水的渗入提供通道，从而使原本较为安全的岩层环境也变得不稳定，加大了工程事故的突发性和难以预测性。再加上地下岩层温度、压力环境的变化复杂，不同地区环境各异，进一步加大了地下岩层检测的不确定性和难以预测性。地下工程是当前众多工程的重要组成部分，然而地下情况肉眼无法观测，因此需要能够模拟并分析地下岩层情况、承压水分布、岩体缺陷、地下温度和压力的试验装置及方法，利用该装置使地下环境变得可视化，达到工程施工前对地下情况的准确分析与预测。
2、现有的针对地下工程的地质勘测技术主要包括钻探等有损勘探技术和地质雷达等无损勘探技术。以钻探为主的有损勘探技术，能够有效得到准确的地质内部情况，但过程十分繁琐且成本巨大；以地质雷达为主的无损勘探技术，成本低、方便快捷，但信号干扰多、分析精度低、误差大，难以有效对地下情况作出准确的分析预测。因此，对于模拟分析真实地下情况，还缺少相对应的试验装置。
3、为此，本专利技术提出一种不同条件下岩石损伤超声试验装置及方法，以克服上述技
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对复杂地下环境，提供一种模拟地下岩层、承压水、岩体缺陷、地下温度和压力等状况的试验装置，能够通过超声导波无损检测的方式准确地研究分析不同岩层、承压水、缺陷、温度、压力情况，并通过不同地下状况下与之对应的波形特征，建立准确合理的分析预测体系，使地下环境可视化。
2、为实现上述目的，在一个方面，本专利技术提供了一种不同条件下岩石损伤超声试验装置，包括：
3、地下环境模拟装置，所述地下环境模拟装置包括由内至外设置的控压层、控温层和保温层，所述保温层内部具有放置岩石试样的试样腔；
4、超声导波检测系统，所述超声导波检测系统包括超声导波激发端、信号放大器和超声导波接收端，所述超声导波激发端分别与所述信号放大器和超声导波接收端相接，所述信号放大器的输出端和所述超声导波接收端的输入端还分别连接有压电陶瓷片，两所述压电陶瓷片用于粘贴在所述岩石试样的两侧；
5、压力控制系统，与所述地下环境模拟装置相接，用于控制所述地下环境模拟装置的内部压力；
6、温度控制系统，与所述地下环境模拟装置相接，用于控制所述地下环境模拟装置的内部温度。
7、上述结构旨在提出一种不同条件下岩石损伤超声试验装置，是一种基于超声导波检测地下岩层中承压水及缺陷的试验装置及方法，也属于无损检测的范畴，通过压力控制系统和温度控制系统模拟真实地下环境，进而对于各类地质条件的隧道、地下工程进行前期的检测和评估，具有重复性高、准确性高的特点。
8、优选地，所述控压层包括壳体、所述壳体两对侧开有试样密封口，内部形成试样腔，所述试样密封口处设有封口连接件，用于从岩石试样两侧的外周形成密封，所述壳体顶部设有第一注液通道和气压通道，分别用于注入控压液体和施加气压。
9、优选地，所述控温层包裹在所述控压层外，并与所述控压层密封形成控温间隙，所述控温层顶部开有贯通至所述控温间隙的第二注液通道。
10、优选地，所述控温间隙内螺旋缠绕有冷凝管，所述冷凝管的进液端和出液端贯穿至所述控温层和保温层外，并与所述温度控制系统相接。
11、优选地，所述温度控制系统包括温度控制器和所述冷凝管，所述温度控制器与所述冷凝管管路连接。
12、优选地，所述压力控制系统包括气泵和压力控制器，所述气泵与所述压力控制器连接，所述压力控制器通过管路连接至所述气压通道。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，充分考虑了不同地下温度、压力、岩层缺陷等条件下的地下岩层及承压水分布情况，且不同的地下温度、压力、岩层缺陷设置可以多样化任意组合，更符合且适用于多种真实地下环境工况；通过超声导波设备检测不同条件设置下岩石试样的波形图，从而对比分析不同条件设置下检测到的不同波形图特征，并针对各波形图特征建立与各设置条件的关系；并且该方法成本低、操作简单、可重复性高、准确性高，因此对于评估各类地质条件的隧道、地下工程建设的前期勘测工作研究，具有十分重要的意义。
14、在另一方面，本专利技术还提供了一种不同条件下岩石损伤超声试验方法，使用上述任一项所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，包括如下步骤：
15、步骤s1、控制超声导波激发端向超声导波接收端发射第一超声导波信号，超声导波接收端生成第一扫描波形图；
16、步骤s2、控制超声导波激发端向信号放大器发射第二超声导波信号，信号放大器将放大后的第二超声导波信号传输给粘贴在岩石试样上的压电陶瓷片，第二超声导波信号通过岩石试样内部并从另一端传输至超声导波接收端，并在超声导波接收端生成第二扫描波形图；
17、步骤s3、基于第二扫描波形图与第一扫描波形图的对比分析，得到岩石试样的缺陷检测结果。
18、优选地，所述岩石试样放置在地下环境模拟装置中，并通过所述地下环境模拟装置模拟不同的地下温度和压力条件。
19、优选地，上述试验方法还包括：
20、步骤s4、在控制变量法下，将缺陷设计、温度、压力的变量条件排列组合，重复步骤s1～步骤s3，得到多个扫描波形图，并结合基准扫描波形图，将所得到的多个扫描波形图在时域图上根据波到达时间划分为直接波和尾波，并将时域波形图通过快速傅里叶变换转化为频域波形图，得到检测波形的波速、振幅、频率等特征，用于不同组合条件的研究分析。
21、优选地，所述基准扫描波形图是利用超声导波检测系统检测得到无缺陷设置的岩石试样在常温常压条件下，显示出的波形图。
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1.一种不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，所述控压层(43)包括壳体、所述壳体两对侧开有试样密封口，内部形成试样腔，所述试样密封口处设有封口连接件(45)，用于从岩石试样(8)两侧的外周形成密封，所述壳体顶部设有第一注液通道(402)和气压通道(401)，分别用于注入控压液体和施加气压。
3.根据权利要求2所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，所述控温层(42)包裹在所述控压层(43)外，并与所述控压层(43)密封形成控温间隙，所述控温层(42)顶部开有贯通至所述控温间隙的第二注液通道(403)。
4.根据权利要求3所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，所述控温间隙内螺旋缠绕有冷凝管(44)，所述冷凝管(44)的进液端和出液端贯穿至所述控温层(42)和保温层(41)外，并与所述温度控制系统相接。
5.根据权利要求4所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，所述温度控制系统包括温度控制器(7)和所述冷凝管(44)，所述
6.根据权利要求2所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，所述压力控制系统包括气泵(6)和压力控制器(5)，所述气泵(6)与所述压力控制器(5)连接，所述压力控制器(5)通过管路连接至所述气压通道(401)。
7.一种不同条件下岩石损伤超声试验方法，其特征在于，使用如权利要求1至6中任一项所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的不同条件下岩石损伤超声试验方法，其特征在于，所述岩石试样(8)放置在地下环境模拟装置(4)中，并通过所述地下环境模拟装置(4)模拟不同的地下温度和压力条件。
9.根据权利要求7所述的不同条件下岩石损伤超声试验方法，其特征在于，还包括：
10.根据权利要求9所述的不同条件下岩石损伤超声试验方法，其特征在于，所述基准扫描波形图是利用超声导波检测系统检测得到无缺陷设置的岩石试样在常温常压条件下，显示出的波形图。
...【技术特征摘要】
1.一种不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，所述控压层(43)包括壳体、所述壳体两对侧开有试样密封口，内部形成试样腔，所述试样密封口处设有封口连接件(45)，用于从岩石试样(8)两侧的外周形成密封，所述壳体顶部设有第一注液通道(402)和气压通道(401)，分别用于注入控压液体和施加气压。
3.根据权利要求2所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，所述控温层(42)包裹在所述控压层(43)外，并与所述控压层(43)密封形成控温间隙，所述控温层(42)顶部开有贯通至所述控温间隙的第二注液通道(403)。
4.根据权利要求3所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，所述控温间隙内螺旋缠绕有冷凝管(44)，所述冷凝管(44)的进液端和出液端贯穿至所述控温层(42)和保温层(41)外，并与所述温度控制系统相接。
5.根据权利要求4所述的不同条件下岩石损伤超声试验装置，其特征在于，所述温度控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋丹青，刘萌心，汪小雨，金会军，曹振浩，姚小亮，王贺，史万鹏，郭万里，朱淳，马聪，刘晓丽，王恩志，张建民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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