[發明專利]一種巖石凍融損傷破壞的實時監測裝置和方法

有效

• 申請號: 201210094416.5
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN103364457A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 胡江春;王紅芳;祝彥知;高斌;張志增;潘洪科
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張紹琳

技術領域

本發明屬于巖土工程領域，具體涉及一種用電化學方法測量巖石凍融損傷特征的裝置和方法。

背景技術

我國永久性和季節性寒區面積約占國土總面積的3/4。凍融環境條件或寒區巖土工程中凍融環境的變化，對巖石穩定性影響是一個不可忽視的因素。

巖石是一種大自然長期構造和作用的地質材料，其內部各種缺陷的存在是必然的，這種缺陷為凍融損傷提供了必要條件。凍融作用會加劇圍巖的風化，從而加劇圍巖的凍融損傷。損傷力學理論的發展為復雜的巖石材料的研究提供了新的思路和手段。近年來，國內外在巖石損傷力學研究方面開展了大量的研究工作，但對巖石凍融損傷力學的研究和檢測還未進行深入的研究。原因是沒有有效的檢測儀器和手段。常規的損傷檢測多采用聲波檢測，電鏡分析等。聲波檢測難以對損傷的具體位置和大小做出合理的解釋；電鏡分析需要磨片處理，容易使材料的損傷受到人為的干擾，不能達到預期分析的目的。

巖石凍融損傷是凍融條件下巖石損傷裂紋擴展變化的宏觀表現，巖石損傷裂紋的檢測一般可分為直接檢測法和間接檢測法。直接檢測法雖然可以直觀、形象的顯示和檢測巖石的損傷狀態和裂紋形態，但是，其制樣加劇了巖石的損傷，對巖石微細裂紋的檢測不利。巖石損傷裂紋的間接檢測法是通過一定的物理假設去建立巖石的宏觀物理量與損傷變量之間的關系，這些方法有質量密度變化檢測法、彈模變化檢測法、核磁共振、超聲波檢測法、聲發射檢測技術等。醫用CT技術和巖石力學試驗機相結合進行巖石細觀試驗，是“葛修潤”院士及其課題組首先研制，并成功應用于常溫下巖石、土和負溫下凍巖、凍土的壓縮、卸載、蠕變、疲勞破壞的細觀損傷破壞試驗，對于研究巖土損傷機理提供了新的手段。此項技術在國內外巖土力學界開創了CT實時試驗的先河，為巖土力學的室內試驗研究提供了一條新的途徑。雖然CT技術在揭示巖石等固體材料的損傷中發揮了一定作用，但是它對巖石裂紋判斷的精度不高，巖石很多細微的變化不能顯示出來，而且它的制樣也損害了巖石試樣原來的裂紋狀況，測試結果有一定誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是巖石凍融損傷檢測時精度不高、無法實時監測，提供一種檢測精度高、并可以實時監測的巖石凍融損傷破壞的實時監測裝置，并介紹了巖石凍融損傷破壞的實時監測方法。

本發明的技術方案是以下述方式實現的：一種巖石凍融損傷破壞的實時監測裝置，包括左、右兩個結構相同的裝置，左、右兩個裝置的端角處通過螺栓和螺母相連，每個裝置由盛裝槽和固定裝置組成，盛裝槽的上蓋上連有把手，固定裝置上設有電極插孔，電極插孔通過金屬絲與金屬網片相連，金屬網片設置在安裝孔端部，安裝孔設置在固定裝置上并與盛裝槽連通，電極插孔通過電極插銷與導線相連，試樣兩端置于安裝孔內，試樣外包覆有橡膠膜。

所述橡膠膜為可伸縮橡膠膜。

所述金屬網片通過導電膠和試樣相連。

所述安裝孔和試樣交接部涂覆有密封層，所述密封層是凡士林或者石蠟。

所述試樣為Ф50*50mm的圓柱試樣。

一種巖石凍融損傷破壞的實時監測方法，是按照下述步驟進行的：

（1）通過鉆切磨制取圓柱狀的試樣，然后飽水；

（2）將試樣安裝在安裝孔內，之后將巖石凍融損傷破壞的實時監測裝置放置于凍融試驗機內，并通過導線和電化學工作站相連；

（3）在凍融試驗機內進行凍融試驗，分別進行±20℃的凍融循環，測定每次凍融循環的交流阻抗譜；

（4）通過交流阻抗譜Nyquist曲線上阻抗弧的特征參數分析巖石凍融損傷破壞的變化規律。

本發明通過測量巖石在凍融損傷過程中的交流阻抗譜，分析阻抗弧的特征參數可以得出損傷裂紋的擴展情況，從而分析巖石凍融損傷破壞的變化規律。可以在不破壞巖石試樣內部微觀結構基礎上測試巖石凍融損傷特征，同時還能在凍融試驗過程中進行其損傷破壞測量。這樣既可以避免直接檢測法的制樣對巖石原來狀態的損傷和檢測間接檢測法精度不高的缺陷，同時可以實現巖石凍融損傷破壞的實時檢測。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的分體示意圖。

具體實施方式