第一篇：一種工作面支護(hù)模擬過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置

說(shuō)明書(shū)

一種工作面支護(hù)模擬過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型涉及一種工作面支護(hù)模擬過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置，其適用于礦山、隧道、地下工程中取出的巖石進(jìn)行直剪試驗(yàn)過(guò)程的聲發(fā)射測(cè)試。

背景技術(shù)：

礦山井下冒頂、頂?shù)装逋凰_擊地壓等災(zāi)害事故時(shí)有發(fā)生，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成極大危害，這些災(zāi)害事故的發(fā)生均與巖體破裂失穩(wěn)密切相關(guān)。巖石材料在承受荷載時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生局部彈塑性能集中現(xiàn)象，當(dāng)能量積聚到某一臨界值之后，引起微裂隙的產(chǎn)生與擴(kuò)展，必然伴隨彈性波或應(yīng)力波在周?chē)鷰r體中的快速釋放和傳播，產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的采集、處理、分析研究，可以推斷其內(nèi)部的形態(tài)變化，反演其破壞機(jī)理，預(yù)測(cè)其破裂失穩(wěn)。彈性波或應(yīng)力波的釋放過(guò)程，相對(duì)于較大尺度的巖體，由于高頻衰減得快，檢測(cè)到信號(hào)的頻率較低但是能量大，通常在20～200Hz，稱為微地震；對(duì)于小尺度的巖樣，檢測(cè)到的波的頻率通常大于200Hz并且能量很小，稱為聲發(fā)射。雖然巖樣和巖體的尺度及微震信號(hào)能量差別很大，但其原理是相似的。聲發(fā)射現(xiàn)象是巖石剪切破裂失穩(wěn)的前兆信息，研究科學(xué)合理的巖石剪切破裂聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)方法，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上探討聲發(fā)射信號(hào)與巖石內(nèi)部損傷演化過(guò)程的關(guān)系，得出符合實(shí)際的巖石剪切破裂聲發(fā)射預(yù)測(cè)方法，對(duì)于采用聲發(fā)射（微地震）監(jiān)測(cè)技術(shù)預(yù)防災(zāi)害事故發(fā)生具有重要理論意義。

巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)裝置與聲發(fā)射測(cè)試裝置相結(jié)合，能夠監(jiān)測(cè)巖石剪切破裂過(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信息，進(jìn)而利用聲發(fā)射信息預(yù)測(cè)巖石損傷破裂的演化過(guò)程。

本系統(tǒng)引進(jìn)的試驗(yàn)機(jī)是由目前比較先進(jìn)的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉，便于攜帶、易拆卸與安裝、使用的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀。

這種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)裝置容易進(jìn)行巖石力學(xué)剪切試驗(yàn)，進(jìn)而獲得巖石的力學(xué)和變形參數(shù)，如c、?和剪切強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度，以及變形。其存在以下的不足：

① 現(xiàn)有的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀測(cè)試的數(shù)據(jù)通過(guò)壓力表得出，沒(méi)有分析系統(tǒng)裝置，無(wú)法進(jìn)行高精度的測(cè)試；

② 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試塊的內(nèi)部破壞不能進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；

③ 對(duì)試件的內(nèi)部破壞區(qū)域分布不能觀測(cè)到，而只能得到破壞的結(jié)果；

④ 對(duì)于巖石內(nèi)部損傷程度、能量積聚程度與剪切應(yīng)力、抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系不能反映出來(lái)；

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2010.2因此，需要對(duì)上述巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀進(jìn)行改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容：

本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有的巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)儀沒(méi)有聲發(fā)射測(cè)試裝置，存在的如下問(wèn)題：測(cè)試的數(shù)據(jù)通過(guò)壓力表得出，沒(méi)有分析系統(tǒng)裝置，無(wú)法進(jìn)行高精度的測(cè)試；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試塊的內(nèi)部破壞不能進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；對(duì)試件的內(nèi)部破壞區(qū)域分布不能觀測(cè)到，而只能得到破壞的結(jié)果；對(duì)于巖石內(nèi)部損傷程度、能量積聚程度與剪切應(yīng)力、抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系不能反映出來(lái)。

解決以上技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種巖石力學(xué)直剪過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），其內(nèi)部有一個(gè)圓柱形槽用于放置剪切環(huán)（5），剪切環(huán)內(nèi)部設(shè)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(nèi)部可以放置傳力鐵塊

（7）；傳感器（9）穿過(guò)上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周共打的12個(gè)槽孔與巖石試件接觸，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)需要安裝8個(gè)傳感器，外接到聲發(fā)射的8個(gè)通道，進(jìn)行剪切試驗(yàn)時(shí)，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(gè)傳感器接收信號(hào)通過(guò)8個(gè)通道傳輸給聲發(fā)射測(cè)試裝置，得出的數(shù)據(jù)經(jīng)測(cè)試裝置分析。

本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周預(yù)留12個(gè)槽孔，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，共8個(gè)對(duì)應(yīng)槽孔，將8個(gè)傳感器穿過(guò)這8個(gè)對(duì)應(yīng)槽孔與試件直接相連；為便于安裝傳感器，每個(gè)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(xué)直剪試驗(yàn)過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置，用聲發(fā)射測(cè)試裝置代替原試驗(yàn)儀的壓力表進(jìn)行測(cè)試，從而能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試件微觀結(jié)構(gòu)上的多種參數(shù)之間隨時(shí)間變化的關(guān)系。

附圖說(shuō)明：

圖1是現(xiàn)有的試驗(yàn)儀受壓部件圖；

圖2是本實(shí)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(huán)；6—試件；7—傳力

鐵塊；8—上剪切盒；9—傳感器。

具體實(shí)施方式：

為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：如果要做某一種不同含水狀態(tài)下砂巖剪切過(guò)程中聲發(fā)射特性試驗(yàn)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(zhǎng)、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(jí)砂紙對(duì)試件表面進(jìn)行分級(jí)打磨，使其各端面平整度誤差控制在0.02mm以內(nèi)。試驗(yàn)考慮了飽和度分別為0%、50%和100%三種不同含水狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范要求，三種典型含水狀態(tài)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(nèi)烘干48h;(b)飽和度50%：以飽和含水率為標(biāo)準(zhǔn)，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(xué)直剪試驗(yàn)過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置開(kāi)展剪切試驗(yàn)。一種巖石力學(xué)直剪試驗(yàn)過(guò)程聲發(fā)射測(cè)試裝置，它包括底座（2）用于放置下剪切盒（4），下剪切盒內(nèi)部有一個(gè)圓柱形槽用于放置剪切環(huán)（5），剪切環(huán)內(nèi)部可以設(shè)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(nèi)部放置傳力鐵塊（7）；傳感器（9）穿過(guò)上、下剪切盒以及剪切環(huán)四周共打的12個(gè)槽孔與巖石試件接觸，其中下剪切盒與剪切環(huán)的槽孔是對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)需要安裝8個(gè)傳感器，外接到聲發(fā)射測(cè)試裝置的8個(gè)通道，其安裝的具體形式如說(shuō)明書(shū)的附圖所示，在每個(gè)傳感器頭部涂抹粘合劑使傳感器與試塊緊密相連接；進(jìn)行加載剪切試驗(yàn)時(shí)，利用上壓頭（1）給予法向加載；水平壓頭（3）負(fù)責(zé)提供水平力加載，8個(gè)傳感器接收信號(hào)通過(guò)8個(gè)通道傳輸給聲發(fā)射分析儀，得出的數(shù)據(jù)經(jīng)聲發(fā)射測(cè)試裝置分析，建立關(guān)于撞擊數(shù)與剪切力隨時(shí)間變化的相關(guān)圖，撞擊數(shù)與時(shí)間相關(guān)圖，剪切力與時(shí)間的相關(guān)圖。從而得出不同飽和度的試件損傷多少與剪切應(yīng)力值大小隨時(shí)間變化的關(guān)系，損傷多少隨時(shí)間變化的關(guān)系，剪切應(yīng)力大小隨時(shí)間變化的關(guān)系。試驗(yàn)中，設(shè)定聲發(fā)射測(cè)試裝置的主放為40dB，門(mén)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。