[發明專利]一種巖石聲波、聲發射同步測量的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410171101.5
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103954690A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 楊春和;李浩然
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07;G01N29/14
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明屬于巖石力學室內試驗領域，更具體涉及一種力學實驗中一體化動態監測巖石的超聲波波速、聲發射變化的測量方法，同時還涉及一種力學實驗中一體化動態監測巖石的超聲波波速、聲發射變化測量的裝置，它適用于巖石力學單軸壓縮實驗、三軸壓縮實驗過程中對巖石聲波、聲發射狀態的同步監測。

背景技術

工程安全是關系人民生命、財產安全的重大問題，礦山、隧道、以及水利工程等巖體失穩都會造成重大人員傷亡、經濟損失和環境破環，因此了解巖石的損傷破環機理，判別巖體的損傷程度對減輕巖石工程災害具有重要的現實意義。許多方法可以用于巖石的損傷檢測，如電阻率、電磁、X?射線、CT等方法，其中基于彈性波的主動方法(超聲波)和被動方法(聲發射)具有簡便、易于推廣的優點。超聲波方法是通過主動發射彈性波，使其穿過巖石傳播，利用穿過巖石介質的波速及其衰減程度檢測材料損傷，再根據超聲波波速與彈性模量和強度的經驗關系式來評價損傷。聲發射是伴隨著材料內部微裂隙的產生而激發的彈性波，它直接與巖石內部微破裂動態有關。迄今為止，彈性波是研究地球巖體內部規律的最有效工具之一。

準確地測定巖石的波速、聲發射規律是揭示巖體破壞機制的重要手段，對巖體失穩預警及控制有著重要的作用。早在20世紀80年代，國內外學者就開始了對巖石聲波、聲發射規律展開了研究，但是受到試驗裝置的制約，巖石的波速試驗和聲發射試驗都是分開進行的。這一方面造成了經濟和時間的浪費，另一方面割裂了巖石破裂過程中的波速、聲發射規律研究，因此，研制一套同步監測巖石聲波、聲發射規律的裝置具有重要意義。

發明內容

針對上述現有的技術缺陷，本發明的目的是在于提供了一種巖石聲波、聲發射同步測量的方法，該方法易行，操作簡便，可以實現巖石力學試驗過程中聲波、聲發射信息的同步采集，并實現二類波形數據的篩分，進而可以分別得到巖石波速的變化發展規律和聲發射狀態的具體信息，并得到巖石聲發射位置的定位。

本發明的另一個目的是在于提供了一種巖石聲波、聲發射同步測量的實驗裝置，該裝置結構簡單，輕巧靈便，耐油耐溫耐壓，它可以監測巖石單軸加載試驗、巖石三軸力學試驗、巖石蠕變力學試驗，高溫巖石加載試驗等試驗中的波速和聲發射信息。

為了實現上述的目的，本發明采用以下技術措施：

一種巖石聲波、聲發射同步測量的方法，其步驟是：

步驟1，在巖石樣本的兩端放置聲波壓頭，第一空腔密封壓頭用來發射高壓聲波信號脈沖，第二空腔密封壓頭用來接收信號脈沖；兩個壓頭的導線轉出口垂直方向上一致，這樣保證了信號發射端的橫波探頭與信號接收端的橫波探頭縱向相對，信號發射端的縱波探頭與信號接收端的縱波探頭縱向相對，第一空腔密封壓頭與壓力機三軸室底盤內端口相連，相應通道的端口外部與PC機中高壓信號發射卡端口相連；第二空腔密封壓頭與壓力機三軸室底盤內端口相連，相應通道的端口外部與PC機中聲波信號接收卡端口相連；

步驟2，固定聲發射接收探頭的位置。在巖石試樣的外部布置聲發射接收探頭，利用箍緊彈簧固定聲發射探頭的位置，實現聲發射接收探頭的三維空間分布，在聲發射接收探頭與巖石樣本的接觸位置涂抹耦合劑（VC101）保證接觸良好。

步驟3，啟動高壓信號發射卡控制軟件（美國物理聲學公司），設置好高壓脈沖信號的發射數量、時間間隔、激發周期，啟動聲波與聲發射信號接收控制軟件（美國物理聲學公司），啟動巖石壓力機對巖樣進行壓力加載，加載過程中，實時采集存儲巖石的聲波和聲發射信號，直到巖樣破壞。

步驟4，對采集信號的后處理。通過聲波與聲發射信號接收控制軟件（美國物理聲學公司）對所采集的聲波、聲發射信號進行篩分識別，通過對波形數據的判讀得到加載過程中巖石橫波波速、縱波波速變化信息；過濾聲波信號對聲發射接收信號的干擾，可以得到巖石的聲發射數量、位置等信息。

本發明所采用的技術方案是利用聲波測試裝置、聲發射測試裝置實現巖石聲波、聲發射的一體化動態監測。在上述的步驟3中，具體的操作步驟如下：

步驟3.1，在試驗過程中，啟動高壓信號發射卡控制軟件（美國物理聲學公司），設置好每組發射的高壓信號數量，時間間隔ΔT1，激發周期T（上一組最后一個信號與下一組第一個信號的事件間隔）；然后啟動巖石壓力機（XTR01-01）和聲波與聲發射信號接收控制軟件（美國物理聲學公司），采集、存儲整個試驗過程中的聲波和聲發射信號。