岩石水力耦合加载多物理场信息采集系统及方法与流程

本发明涉及岩石力学实验，尤其涉及岩石水力耦合加载多物理场信息采集系统及方法。

背景技术：

1、地下工程中，采动岩石损伤破裂是一个复杂的力学演化过程，一直以来都是岩石力学和工程领域重点研究的基础科学问题。在复杂水文地质条件下，采动岩石损伤破裂是引发工程岩体渗水或突水灾害的根本原因。因此，开展岩石水力耦合作用下岩石损伤演化机理研究，对于正确认识和评判地下工程含水层附近采动岩体破坏机制有着积极作用。此外，采动岩石损伤破裂的物理基础是总应变能、弹性应变能和耗散应变能之间的相互转换，并向外以电磁辐射、热能和动能等形式释放能量的过程。因此，采取不同监测技术获取岩石破裂过程的各种信息，已成为预报岩石损伤和渗漏水过程，乃至作为地震、滑坡等自然灾害和矿山岩石灾害预测的重要手段之一。其中，红外辐射监测技术、声发射技术、dic变形监测技术已被应用于岩石力学研究工作中，并在矿山岩石突水与失稳灾害方面具有很大的发展潜力。

2、目前，岩石水力耦合作用下损伤破裂研究多为试样在不同浸水时间的单轴压缩实验，且岩石破裂过程红外辐射、声发射信号和应力应变等物理场信息往往是单一采集。而在地下工程中，岩石破裂通常是水压力和轴向压力同时作用，其释放的多物理信息存在同步且有响应关系，因此有必要研发一套实验装置系统实现岩石水力耦合加载，并同步监测其释放的多物理场信息，以研究岩石水力协同演化规律和多物理场信息表征。为此，针对不能很好开展岩石水力耦合作用的实验过程及有效实时、同步采集多物理场信息等问题，研发一种岩石水力耦合加载多物理场信息采集系统及方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的任务是为了克服现有技术的不足，提供一种岩石水力耦合加载多物理场信息采集系统及方法，它既能很好开展岩石水力耦合作用的实验过程，又能有效实时、同步采集多物理场信息。

2、本发明的任务是通过以下技术方案来完成的：

3、岩石水力耦合加载多物理场信息采集系统，包括轴向加载系统、水压加载系统、红外辐射监测系统、声发射监测系统、dic变形监测系统、数据采集系统和试样。

4、岩石水力耦合加载多物理场信息采集方法，基于上述岩石水力耦合加载多物理场信息采集系统，包括以下步骤与条件：

5、a.将研究的岩石加工制成试样，先将岩石切割成合适的正方体，并在试样后面中心位置钻取一个圆柱体空槽；

6、b.将已经与注水管焊接的带孔铁片与试样后面贴合；

7、c.组装、调试采集系统各部分；

8、d.向试样中注水至满，弯头螺纹连接压力表并连接输气橡皮管和空气压缩机；

9、e.启动空气压缩机；

10、f.将试样移至轴向加载平台并在试样上下放置下垫块和上垫块；

11、g.将声发射传感器贴合固定在试样左右两侧；

12、h.启动空气压缩机水压加载；

13、i.对试样进行轴向加载并经压力传感器、红外热像仪、声发射传感器、dic高速摄影机对试样加载过程的物理场信息进行采集；

14、j.对采集的数据分析、研究岩石在复杂受力条件加载损伤演化过程的多物理场响应机理及表征。

15、本发明与现有技术相比，具有以下优点或效果：

16、因为在岩石内部施加不同的水压和轴向施加不同应力路径的加卸载组合方案，所以能够很好的开展岩石水力耦合作用的实验过程及更好模拟在复杂工程地质、水文地质条件下的岩石损伤破裂过程；同时能实现有效实时、同步对岩石应力应变、红外辐射、声发射等多物理场信息进行监测及采集。此外由于不在于改变已有需组合部分产品的结构或构造，所以组合后系统使用维护依然简便。

技术特征：

1.岩石水力耦合加载多物理场信息采集系统，其特征在于包括轴向加载系统、水压加载系统、红外辐射监测系统、声发射监测系统、dic变形监测系统、数据采集系统和试样(18)。

2.根据权利要求1所述系统，其特征是所述轴向加载系统包括下部平台(1)、上部压板(2)、下垫块(3)和上垫块(4)；下垫块(3)置于下部平台(1)上，试样(18)置于下垫块(3)上，上垫块(4)放于试样(18)上，轴向加载时将下部平台(3)往上移动，使上垫块(4)与上部压板(2)接触，下部平台继续向上能对试样(18)进行轴向加载。

3.根据权利要求1所述系统，其特征是所述水压加载系统包括空气压缩机(5)、输气橡皮管(6)、压力表(7)、注水管(8)、带孔铁片(9)；空气压缩机(5)与输气橡皮管(6)连接，输气橡皮管(6)与压力表(8)螺纹连接，压力表(7)与注水管(8)通过弯头螺纹(10)连接，注水管(8)与带孔铁片(9)焊接，实验时空气压缩机(5)将空气压缩后通过输气橡皮管(6)对注水管(8)中水进行挤压，注水管(8)中水受挤压后对试样(18)施加水压加载，压力表(7)的读数为水压加载的大小，带孔铁片(9)与试样(18)粘接，水压加载系统中压力表(7)与注水管(8)用弯头螺纹(10)连接后能调整角度。

4.根据权利要求1所述系统，其特征是所述红外辐射监测系统包括a三角支架(11)和红外热像仪(12)；红外热像仪(12)安装在a三角支架(11)上并摆放至试样(18)前侧面一定距离。

5.根据权利要求1所述系统，其特征是所述声发射监测系统包括声发射传感器(13)和声发射前置放大器(14)；声发射传感器(13)贴合在试样(18)左右侧面并与声发射前置放大器(14)连接。

6.根据权利要求1所述系统，其特征是所述dic变形监测系统包括b三角支架(15)和dic高速摄影机(16)，dic高速摄影相机(16)安装在b三角支架(15)上并摆放在试样前侧面。

7.根据权利要求1所述系统，其特征是所述数据采集系统由各实验系统的计算机(17)组成，能记录和分析轴向加载系统、红外辐射监测系统、声发射监测系统和dic变形监测系统收集的数据。

8.根据权利要求1所述系统，其特征是所述试样(18)为岩石加工成的规整正方体，试样后侧面中心钻取一个直径为边长一半、深度为边长的2/3的圆柱体空槽，试样前侧面用白色喷漆均匀喷涂并喷上黑色斑点。

9.岩石水力耦合加载多物理场信息采集方法，基于权利要求1所述的岩石水力耦合加载多物理场信息采集系统，其特征在于包括以下步骤与条件：

技术总结岩石水力耦合加载多物理场信息采集系统包括轴向加载、水压加载、红外辐射监测、声发射监测、DIC变形监测、数据采集六系统和试样，系统方法包括将岩石制成正方体试样并在试样钻取圆柱体空槽；将已经与带孔铁片与试样后面贴合；组装调试采集系统各部分；向试样中注水至满，弯头螺纹连接压力表并连接输气橡皮管和空气压缩机；启动空气压缩机；将试样移至轴向加载平台并在试样上下放置垫块；将声发射传感器贴合固定在试样两侧；启动空气压缩机水压加载；对试样进行轴向加载并经压力传感器、红外热像仪、声发射传感器、DIC高速摄影机对试样加载过程的多物理场信息进行采集；对采集数据分析、研究岩石在复杂受力条件加载损伤演化机理和多物理场响应及表征，具有实验过程易实现、同步采集多物理场信息、使用维护简便等优点。技术研发人员：王发刚,林洪彬,杨杰,权江波,王忠康,刘正宇,邹平,肖祖荣,赵恰,戴勇受保护的技术使用者：紫金矿业集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17