第一篇：一種工作面支護模擬過程聲發射測試裝置

說明書

一種工作面支護模擬過程聲發射測試裝置

技術領域：

本實用新型涉及一種工作面支護模擬過程聲發射測試裝置，其適用于礦山、隧道、地下工程中取出的巖石進行直剪試驗過程的聲發射測試。

背景技術：

礦山井下冒頂、頂底板突水、沖擊地壓等災害事故時有發生，給國家和人民的生命財產造成極大危害，這些災害事故的發生均與巖體破裂失穩密切相關。巖石材料在承受荷載時，其內部將產生局部彈塑性能集中現象，當能量積聚到某一臨界值之后，引起微裂隙的產生與擴展，必然伴隨彈性波或應力波在周圍巖體中的快速釋放和傳播，產生聲發射現象。通過對聲發射信號的采集、處理、分析研究，可以推斷其內部的形態變化，反演其破壞機理，預測其破裂失穩。彈性波或應力波的釋放過程，相對于較大尺度的巖體，由于高頻衰減得快，檢測到信號的頻率較低但是能量大，通常在20～200Hz，稱為微地震；對于小尺度的巖樣，檢測到的波的頻率通常大于200Hz并且能量很小，稱為聲發射。雖然巖樣和巖體的尺度及微震信號能量差別很大，但其原理是相似的。聲發射現象是巖石剪切破裂失穩的前兆信息，研究科學合理的巖石剪切破裂聲發射實驗方法，在實驗基礎上探討聲發射信號與巖石內部損傷演化過程的關系，得出符合實際的巖石剪切破裂聲發射預測方法，對于采用聲發射（微地震）監測技術預防災害事故發生具有重要理論意義。

巖石力學直剪試驗裝置與聲發射測試裝置相結合，能夠監測巖石剪切破裂過程中產生的聲發射信息，進而利用聲發射信息預測巖石損傷破裂的演化過程。

本系統引進的試驗機是由目前比較先進的巖石力學直剪試驗儀，提供一種結構簡單成本低廉，便于攜帶、易拆卸與安裝、使用的巖石力學直剪試驗儀。

這種巖石力學直剪試驗裝置容易進行巖石力學剪切試驗，進而獲得巖石的力學和變形參數，如c、?和剪切強度、抗壓強度，以及變形。其存在以下的不足：

① 現有的巖石力學直剪試驗儀測試的數據通過壓力表得出，沒有分析系統裝置，無法進行高精度的測試；

② 實驗過程中對試塊的內部破壞不能進行實時動態監測；

③ 對試件的內部破壞區域分布不能觀測到，而只能得到破壞的結果；

④ 對于巖石內部損傷程度、能量積聚程度與剪切應力、抗壓強度隨時間變化的關系不能反映出來；

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2010.2因此，需要對上述巖石力學直剪試驗儀進行改進。

實用新型內容：

本實用新型的目的在于解決現有的巖石力學直剪試驗儀沒有聲發射測試裝置，存在的如下問題：測試的數據通過壓力表得出，沒有分析系統裝置，無法進行高精度的測試；實驗過程中對試塊的內部破壞不能進行實時動態監測；對試件的內部破壞區域分布不能觀測到，而只能得到破壞的結果；對于巖石內部損傷程度、能量積聚程度與剪切應力、抗壓強度隨時間變化的關系不能反映出來。

解決以上技術問題所采用的技術方案是：一種巖石力學直剪過程聲發射測試裝置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），其內部有一個圓柱形槽用于放置剪切環（5），剪切環內部設置成任意形狀的槽子用于放置不同形狀試件（6），上剪切盒（8）內部可以放置傳力鐵塊

（7）；傳感器（9）穿過上、下剪切盒以及剪切環四周共打的12個槽孔與巖石試件接觸，其中下剪切盒與剪切環的槽孔是對應的，對應需要安裝8個傳感器，外接到聲發射的8個通道，進行剪切試驗時，利用上壓頭法向加載，水平壓頭水平加載，試塊將沿著剪切面破壞，8個傳感器接收信號通過8個通道傳輸給聲發射測試裝置，得出的數據經測試裝置分析。

本實用新型具有的優點和積極效果是：上、下剪切盒以及剪切環四周預留12個槽孔，其中下剪切盒與剪切環的槽孔是對應的，共8個對應槽孔，將8個傳感器穿過這8個對應槽孔與試件直接相連；為便于安裝傳感器，每個傳感器最大直徑與槽孔的直徑相同，傳感器與試塊相連部分涂抹粘合劑。使用這樣一種巖石力學直剪試驗過程聲發射測試裝置，用聲發射測試裝置代替原試驗儀的壓力表進行測試，從而能實時監測試件微觀結構上的多種參數之間隨時間變化的關系。

附圖說明：

圖1是現有的試驗儀受壓部件圖；

圖2是本實用新型的布置示意圖；

圖3 是下剪切盒立體圖；

圖4是下剪切盒俯視圖；

圖5是上剪切盒立體圖；

圖6是上剪切盒俯視圖。

圖中：1—上壓頭；2-底座；3-水平壓頭；4-下剪切盒；5—剪切環；6—試件；7—傳力

鐵塊；8—上剪切盒；9—傳感器。

具體實施方式：

為能進一步了解本實用新型的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：如果要做某一種不同含水狀態下砂巖剪切過程中聲發射特性試驗研究，首先選取一組砂巖試樣，采用濕式加工法將所采集的砂巖試樣加工成長、寬、高均為40mm的正方體試件，試件加工成形后，再使用Cw600,Cw800,Cw1200和Cw2000四級砂紙對試件表面進行分級打磨，使其各端面平整度誤差控制在0.02mm以內。試驗考慮了飽和度分別為0%、50%和100%三種不同含水狀態。根據相關試驗規范要求，三種典型含水狀態下試件的具體處理方法如下：（a）飽和度為0%：將試件置于105℃的烘箱內烘干48h;(b)飽和度50%：以飽和含水率為標準，將試件烘干后置于純水中浸泡1h；（c）飽和度為100%：將試件烘干后置于水中煮沸6h。

采用一種巖石力學直剪試驗過程聲發射測試裝置開展剪切試驗。一種巖石力學直剪試驗過程聲發射測試裝置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），下剪切盒內部有一個圓柱形槽用于放置剪切環（5），剪切環內部可以設置成任意形狀的槽子用于放置不同形狀試件（6），上剪切盒（8）內部放置傳力鐵塊（7）；傳感器（9）穿過上、下剪切盒以及剪切環四周共打的12個槽孔與巖石試件接觸，其中下剪切盒與剪切環的槽孔是對應的，對應需要安裝8個傳感器，外接到聲發射測試裝置的8個通道，其安裝的具體形式如說明書的附圖所示，在每個傳感器頭部涂抹粘合劑使傳感器與試塊緊密相連接；進行加載剪切試驗時，利用上壓頭（1）給予法向加載；水平壓頭（3）負責提供水平力加載，8個傳感器接收信號通過8個通道傳輸給聲發射分析儀，得出的數據經聲發射測試裝置分析，建立關于撞擊數與剪切力隨時間變化的相關圖，撞擊數與時間相關圖，剪切力與時間的相關圖。從而得出不同飽和度的試件損傷多少與剪切應力值大小隨時間變化的關系，損傷多少隨時間變化的關系，剪切應力大小隨時間變化的關系。試驗中，設定聲發射測試裝置的主放為40dB，門檻值為40dB，探頭諧振頻率為20～400KHz，采樣頻率為106次/s，這樣得出的波形圖更加完整。