[發明專利]一種巖石多元信息采集系統及試驗方法

在審

• 申請號: 201810155329.3
• 申請日: 2018-02-23
• 公開（公告）號: CN108398331A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 楊為民;王文揚;管清正;卜澤華;黃鑫;許振浩;林鵬;潘東東;劉蓓蕾
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

1.一種巖石多元信息采集系統，其特征在于，包括加載機構、監測機構和防護裝置，

所述的加載機構用于對巖石試樣施加點荷載；

所述的監測機構用于監測試樣的受力、裂隙生成和擴展，并能將信息傳輸到PC端實時記錄和分析數據；

所述的防護裝置設置于加載機構外圍，起防護作用。

2.如權利要求1所述的一種巖石多元信息采集系統，其特征在于，所述加載機構包括基座、壓力框、驅動裝置、上加荷錐頭、下加荷錐頭和控制器，所述壓力框固定在基座上，壓力框的頂部設有一個向下加載的上加荷錐頭，在壓力框的底部設有一個與所述的上加荷錐頭相對的一個下加荷錐頭；所述的上加荷錐頭在驅動裝置的驅動下能向下運動，所述的驅動裝置由所述的控制器控制。

3.如權利要求2所述的一種巖石多元信息采集系統，其特征在于，所述的驅動裝置包括電動液壓泵，所述電動液壓泵通過一個推桿推動上加荷錐頭。

4.如權利要求2所述的一種巖石多元信息采集系統，其特征在于，所述基座底部有防滑墊，壓力框通過四個緊固螺栓固定在基座上。

5.如權利要求2所述的一種巖石多元信息采集系統，其特征在于，所述監測機構包括壓力傳感器、位移傳感器、攝像機、CT掃描裝置和聲發射裝置；

所述壓力傳感器布設于下加荷錐頭的底部，用于監測加載過程中的壓力值；

所述位移傳感器布設于上加荷錐頭內，用于監測加載過程中加荷錐頭發生的位移；

所述攝像機正對巖石試樣布設，用于拍攝巖石試樣加載過程中的整個破壞過程；

所述的CT掃描裝置包括兩個，分別布設在壓力框的兩根立柱上，用于掃描巖石試樣的裂隙；

所述的聲發射裝置用于采集巖石試樣加載過程中的聲發射信號，用于確定巖石先前受到的最大應力；

所述的壓力傳感器、位移傳感器、攝像機、CT掃描裝置、聲發射裝置將采集到的信息都能實時傳至PC端進行數據記錄和處理。

6.如權利要求6所述的一種巖石多元信息采集系統，其特征在于，在所述的兩根立柱上設有導軌和驅動裝置，所述的兩個CT掃描裝置在驅動裝置驅動下可以沿著所述的導軌同時上下移動。

7.如權利要求1所述的一種巖石多元信息采集系統，其特征在于，所述防護裝置位于加載機構外圍，為可拆卸式。

8.如權利要求6所述的一種巖石多元信息采集系統，其特征在于，所述防護裝置采用高強度透明鋼化玻璃制備；防護裝置前端有門，門上開口，可使聲發射傳感器電纜通過。

9.如權利要求1-8任一所述的一種巖石多元信息采集系統的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

A.接通電源，將試樣放入兩個加荷錐頭之間，使用控制器調整上加荷錐頭伸出的長度，使試樣與上、下加荷錐頭緊密接觸，布設好聲發射傳感器，架設好攝像機；

B.點擊控制器上的開始按鈕開始自動勻速加載，加載過程中聲發射傳感器會不斷接收巖石在加載過程中的聲發射信號，CT掃描裝置也會按照預先設定好的頻率掃描巖石試樣，獲得其內部裂隙擴展情況，各個數據監測裝置記錄的數據自動傳輸到PC端進行記錄和處理；控制器的處理軟件會自動在接收到的壓力數值中選擇出最大值P_max，在巖石試樣達到峰值強度時，壓力值也達到最大，隨后壓力值會迅速下降；而當控制器接收到的數據P_x與最大值P_max的差值達到最大值P_max的10％之后，即可認為巖石試樣已經破壞，則會自動停止加載；

C.試驗結束后，使用控制器控制上錐頭收回，并清理儀器準備下次試驗。

10.如權利要求9所述的一種巖石多元信息采集系統的試驗方法，其特征在于，

控制器進行數據計算的方法如下：

巖石試樣的高用D表示，最短邊邊長用b表示；巖石試樣在點荷載作用下的破壞荷載用P表示；巖石試樣厚寬比用ω表示，形狀修正系數用K_f表示，點荷載強度指標用I_S表示，國內標準點荷載強度指標用I_S(50)表示，巖石的單軸飽和抗壓強度用R_C表示，R_C即為符合國家標準規范的單軸飽和抗壓強度值；然后利用下面的公式計算得到上面的參數：

I_S(50)＝K_f×I_S

R_C＝22.82×I_S(50)^0.75

其中，ω和K_f是中間參數，確定I_S、I_S(50)和R_C這三個參數值之后，可分別應用于相應的國家規范，用于確定巖石質量等級、巖石性質等；

位移傳感器可感知上加荷錐頭發生的位移，隨著上加荷錐頭的向下移動，位移傳感器會自動記錄位移，進而自動推算出巖石試樣的高；

所述的控制器處理軟件根據聲發射傳感器確定巖石先前受到的最大應力。