[發明專利]一種巖體含冰裂縫網絡凍脹擴展過程監測試驗系統及方法

在審

• 申請號: 202010097642.3
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111198136A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 王宇;李搏;高少華;馬進強;易雪楓
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種巖體含冰裂縫網絡凍脹擴展過程監測試驗系統，其特征在于：包括真三軸加載裝置、溫度控制采集系統(16)、凍脹力采集控制系統(19)和聲發射采集系統(20)，真三軸加載裝置位于凍融環境箱體(1)內部，由自鎖裝置固定，溫度控制采集系統位于凍融環境箱體(1)右側，整個溫度系統依靠凍融環境箱體(1)內的溫度傳感器(15)來監測，凍脹力采集控制系統(19)通過在巖石試件裂隙安裝的凍脹力測量傳感器，將信號轉換成電信號輸送給電腦(17)終端進行分析，聲發射采集系統(20)通過聲發射探頭(9)收集巖體破裂的聲信號輸送給電腦(17)。

2.根據權利要求1所述的巖體含冰裂縫網絡凍脹擴展過程監測試驗系統，其特征在于：所述真三軸加載裝置包括電纜(2)、四爪連接機構(3)、加載裝置頂板(4)、加載裝置側板(5)、銷(8)、聲發射探頭(9)、加載裝置底板(10)、手壓泵(11)和手壓泵桿(12)，加載裝置頂板(4)、加載裝置側板(5)和加載裝置底板(10)構成封閉的加載空間，聲發射探頭(9)設置在加載裝置側板(5)的加載墊板內，加載裝置頂板(4)上方設置四爪連接機構(3)，電纜(2)連接溫度控制采集系統(16)、凍脹力采集控制系統(19)和聲發射采集系統(20)，加載裝置底板(10)通過銷(8)連接四爪連接機構(3)，加載空間內的三個手壓泵(11)分別連接控制加載裝置的三個方向，手壓泵(11)上設置手壓泵桿(12)。

3.根據權利要求1所述的巖體含冰裂縫網絡凍脹擴展過程監測試驗系統，其特征在于：所述凍融環境箱體(1)側面設置可視保溫窗口(6)，正面設置環境箱體左門(7)和環境箱體右門(14)，凍融環境箱體(1)側面開孔用于穿過電纜，開孔處設置堵頭(13)，凍融環境箱體(1)側面內部安裝溫度傳感器(15)，溫度傳感器連接溫度控制采集系統(16)。

4.根據權利要求1所述的巖體含冰裂縫網絡凍脹擴展過程監測試驗系統，其特征在于：所述溫度控制采集系統(16)、凍脹力采集控制系統(19)和聲發射采集系統(20)連接電腦(17)。

5.根據權利要求1所述的巖體含冰裂縫網絡凍脹擴展過程監測試驗系統，其特征在于：所述加載裝置側板(5)上設置槽(21)，槽(21)內設置聲發射探頭(9)。

6.根據權利要求1所述的巖體含冰裂縫網絡凍脹擴展過程監測試驗系統，其特征在于：所述加載裝置頂板(4)上嵌入補水管(22)。

7.應用權利要求1所述的巖體含冰裂縫網絡凍脹擴展過程監測試驗系統的方法，其特征在于：包括步驟如下：

S1：試驗準備：準備好帶有節理裂隙的天然巖塊或者人工預制裂紋巖塊，人工切割為尺寸合適的立方體；

S2：飽水：對試件進行飽水，飽水前將一黑色的橡膠模套在巖塊上防止水外泄，直至上述巖塊達到飽水狀態；

S3：安裝凍脹力測量傳感器：在巖石試件裂隙內安裝凍脹力測量傳感器；

S4：將上述飽水巖塊放在加載裝置底板上，合上加載裝置側板和加載裝置頂板使之形成密閉的加載空間,之后將整個裝置放入凍融環境箱體內與四爪連接機構通過銷連接，形成自鎖裝置；

S5：在加載裝置外側加載裝置側板的小孔內安裝抗凍聲發射探頭；

S6：通過電纜連接所有的測量傳感器到對應的各個采集裝置；

S7：手壓泵加壓：利用手壓泵給加載裝置加壓到設計值；

S8：降溫補水：通過外部的溫度控制系統給凍融環境箱體逐漸降溫到預定溫度，同時通過加載裝置頂板內的補水管給巖塊補水，直至巖塊內的水結成冰；

S9：記錄實驗數據：記錄好巖塊結冰過程中的聲發射和凍脹力信息，在電腦擬合應力應變圖像；

S10：拆卸裝置：解除電纜與傳感器之間的連接，打開四爪連接機構，拆除立方體加載套筒；

S11：重復試驗：更換巖塊，分別設置不同的預定應力和預定溫度，重復上述試驗過程，得到多組數據進行對比；

S12：整理數據，得出結論。