[發明專利]一種應用于巖石常規三軸試驗聲發射測試的壓頭

有效

• 申請號: 201310039914.4
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103149081A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 周輝;孟凡震;徐榮超;盧景景;劉繼光;楊凡杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種應用于巖石常規三軸試驗聲發射測試的壓頭，屬于巖土工程技術領域。

背景技術

當巖石等脆性材料受外力或內力作用，由于其本身的彈性形變、裂紋擴展、顆粒滑移等造成其材料內局部能量的快速釋放而發出的瞬態彈性波的現象，稱為聲發射(Acoustic?emission，簡稱AE)。聲發射技術在巖石力學中獲得了廣泛的應用。室內實驗方面，因巖石的破壞過程是其內部裂紋衍生、穩定擴展再到非穩定擴展的過程，此過程伴隨有聲發射信號發生，因此可以通過監測聲發射信號研究巖石的斷裂損傷過程。國內外眾多研究者利用聲發射測試技術研究了巖石在壓縮過程中聲發射事件數、能量的演化規律與巖石應力應變曲線的關系，并將巖石強度分為起裂強度、損傷強度、峰值強度等。除此之外聲發射技術也被廣泛應用于深埋硬巖隧洞和礦山的巖爆及沖擊地壓的預測預報中(一般稱為微震監測)。隨著我國淺部礦產資源的逐步枯竭以及國家對水電能源、交通等的需求越來越大，礦井的開采深度逐年深部化，水電地下廠房和引水隧洞需要在埋深幾千米的硬巖隧洞中開掘，因此巖爆災害越來越突出，由于聲發射技術不僅能夠定位潛在震源的位置，還可獲知聲發射試件的能量大小，所以聲發射技術被成功的應用于深埋高應力地下巖石工程的巖爆(沖擊地壓)的定位和預測預報中，有效降低了巖爆造成的損失。

常規三軸實驗是獲得巖石抗剪強度參數c、和建立不同巖石力學模型的基本手段，MTS815電液伺服實驗系統是當今世界上最先進和應用最廣的常規三軸實驗系統，可在高溫、高壓下正常工作。由于聲發射探頭不能承受高壓力，因此與聲發射測試技術廣泛應用于不同巖石的單軸壓縮實驗相比，在常規三軸實驗中進行的聲發射測試要少很多，而且不論得到的定位效果還是接收的聲發射信號都無法令人滿意，主要是以下原因造成的：

(1)單軸壓縮試驗中，聲發射探頭與標準巖石試件通過耦合劑直接接觸，巖石內部破裂產生的彈性波經巖石傳遞到與之接觸的聲發射探頭上，信號基本沒有衰減、失真；

(2)常規三軸實驗中，一般的做法是將聲發射探頭固定在外徑接近30cm的油缸外壁上來接收油缸內受壓巖石發出的信號。為防止油缸內液壓油滲入巖石內部以及巖石破碎粉末混入油內阻塞進出油管，往往需要用橡膠套或膠帶將標準巖石試件與上下壓頭牢牢裹住，因此實驗過程中巖石破裂產生的聲發射信號就需要穿過橡膠套或層層膠帶、液壓油、油缸壁三層阻礙才最終傳輸到聲發射傳感器上。此傳輸過程不僅會使聲發射信號衰減、變弱，而且會使部分波被屏蔽掉，因此最終聲發射傳感器接收到的是強度變弱的、失真的波形，不是實驗破裂發出的真實的聲發射信號。

針對上述問題，中國專利公布號CN102305829A，公布日2012.1.4，發明名稱“巖石三軸壓縮聲發射試驗系統”，該申請案公布了通過在連接巖石試件的底部壓頭內部開一空腔，將聲發射探頭放入內部，實驗時油可流入空腔，進入探頭內部，使探頭上的壓電陶瓷元件內外等壓，與探頭相連的信號線通過預留通道穿出三軸室外。雖然作者將聲發射接收探頭置于三軸室內，理論上避免了聲發射信號的衰減和被屏蔽，但仍存在如下問題：

(1)聲發射探頭與巖石試件仍然不是直接接觸，中間隔著厚厚的承壓圓柱，探頭與巖樣距離越遠，信號衰減越厲害；

(2)聲發射探頭的壓電陶瓷浸沒在油中，其震動頻率、工作性能等都會受到油介質的影響；

(3)聲發射探頭的壓電陶瓷非常脆弱，不能承受高的壓力，因此對于圍壓大于10MPa的常規三軸試驗這種聲發射測試裝置都不能應用。

(4)該改進的聲發射測試裝置只能進行一般的聲發射檢測，無法對破裂面進行定位，因為定位至少需要四個合理布置的聲發射探頭。

發明內容

為克服上述巖石常規三軸試驗中聲發射測試所存在的問題，本發明的目的在于提供一種應用于巖石常規三軸試驗聲發射測試的壓頭，不僅可以最大程度的降低信號的衰減，聲發射探頭的壓電陶瓷也不用承受很大的壓力，而且還能對巖樣破裂面定位。

為了實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種應用于巖石常規三軸試驗聲發射測試的壓頭，包括巖石MTS常規三軸壓縮試驗機上的上壓頭，下壓頭，在所述的上壓頭的下端面和下壓頭的上端面分別開有圓形槽，圓形槽底部對稱開有兩個垂直的安裝孔，安裝孔底部開有垂直導線孔，上壓頭和下壓頭的側壁上開有水平導線孔，垂直導線孔與水平導線孔連通。安裝孔底部設置有彈簧。在圓形槽上設有與圓形槽形狀相同、大小相等的蓋板。

圓形槽與壓頭同心圓布置。

對稱布置的安裝孔以圓形槽的圓心為對稱中心。