CN109374499A - 一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，由上至下依次设有上压头、围压室和下压头，所述上压头和围压室之间设有上密封盖，所述围压室和下压头之间设有下密封盖；本发明不仅解决了声发射信号接收装置无法放置在压力室的问题，并且进一步地给声发射信号接收探头更多接收位置的选择空间，满足在岩石三轴渗流试验中对声发射信号的精准收集，且结构简单、使用方便、造价低廉，便于推广到室内岩石力学试验领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室。
背景技术
由于我国的综合国力和人民需求的不断提高，我国进入了基础建设飞速发展的历史时期。在各种基础建设中，岩石作为一种地壳中广泛分布的天然材料，其性质与工程建设密切相关。我国水资源分布广泛，在富水环境下的工程建设当中，由于地下水而引发的围岩失稳破坏等情况时有发生。因此研究渗透压作用下的岩石力学特性和破坏机制对于富水岩溶隧道的突涌水灾害防治具有重大的意义。
即使多年来国内外众多学者推导出了数量繁多的本构关系公式，但是由于岩石材料的非均质、各向异性等性质，使得在实际工程建设当中很难直接利用理论公式去指导生产。因此岩石力学试验成为了岩石力学领域中必不可少且举足轻重的研究方向。
岩石由于受到渗透压和逐渐增大的荷载作用，会在其内部逐渐形成裂隙并不断扩展，形成肉眼可见的宏观裂纹，最终贯通破坏。而在裂隙产生和发育这一过程中，始终伴随着声发射信号的发出。声发射监测技术能够反映加载过程中岩石内部裂隙发育情况，从而判断岩石的损伤状态，与力学分析结合，可以从宏观、微观两方面对岩石的破坏过程进行研究。因此，加入声发射检测技术可以更好地研究岩石在渗流压作用下的力学性质和破碎特征，深入地了解岩石破坏机理和其过程当中的裂隙发育阶段和特征，进而更加科学、准确地指导生产。目前有不少学者在岩石三轴渗流试验过程中辅以声发射检测技术。
然而由于岩石三轴渗透试验机的压力室需要保持密封，声发射检测系统的接收探头又需要紧贴试样内部才能接收到完整而又准确的声发射信号。这一矛盾造成了大多数三轴渗流试验过程中的声发射接收探头只能退而求其次地放置在压力室的外侧。这一放置方式造成了声发射信号接收延迟且不完整。其原因在于：①压力室内部充满液压油，岩石试样的声发射信号在经过压力室的两侧表面以及内部的液压油后信号强度势必将减弱，造成信号接收不完整；②岩石试样某一时刻的声发射信号经由①所述的路径传播后才由声发射检测接收探头接收，而此时的岩石试样的裂隙发育已经与发出时刻的裂隙发育情况有所不同，造成声发射接收迟滞的情况；③在三轴渗流试验中存在渗透压，水的存在对声发射信号的接收存在干扰。基于以上三个原因，给岩石三轴渗流试验过程的声发射信号收集带来了困难。以往常规的压力室和声发射信号接收装置难以解决。而目前，针对于可接收声发射信号的岩石三轴渗流压力室少之又少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，解决了上述背景技术中探头放置在压力室的外侧造成声发射信号接收延迟且不完整等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，由上至下依次设有上压头、围压室和下压头，所述上压头和围压室之间设有上密封盖，所述围压室和下压头之间设有下密封盖；
所述围压室的周壁内侧嵌套有壳体，所述壳体为空心圆柱状，贴覆于围压室的内壁设置，所述壳体的内腔用于放置待测岩石试样；所述壳体的侧壁上开设有沟槽，所述沟槽开口朝内，且以壳体中心轴为轴线、由壳体的顶端螺旋下降至底端；所述沟槽内放置有声发射信号接收的探头，所述探头通过导线与声发信号放大器连接，所述声发信号放大器设置于围压室外部，所述导线由外向内穿透围压室与壳体延伸至沟槽内；所述围压室周壁开设有进油口，所述进油口贯穿壳体延伸至内腔。
在本发明一较佳实施例中，所述沟槽的槽体截面为半圆形，其弧形的一边位于内腔侧，直线的一边设置于壳体靠围压室周壁的一侧。
在本发明一较佳实施例中，所述沟槽的半径不大于壳体厚度的1/2。
在本发明一较佳实施例中，所述壳体的沟槽起始处通过油堵填塞密封，所述油堵上设第一通孔；所述围压室的周壁开设有第二通孔，所述第一通孔和第二通孔贯通，所述导线穿过第二通孔和第一通孔到达沟槽。
在本发明一较佳实施例中，所述第一通孔、第二通孔与导线间的缝隙设有环氧树脂密封圈。
在本发明一较佳实施例中，所述下压头的底部设有底座。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.沟槽开设于壳体内部，结合围压室、壳体、油堵和通孔的设计，使探头能够深入压力室内侧，最大程度避免了声发射信号接收延迟且不完整，且放大器等装置至于外部，保证了信号手机处理的便捷性；
2.沟槽为螺旋下降结构设计，可将声发射接收探头放置在沟槽的任意位置，给声发射信号接收探头更多接收位置的选择空间，以方便对岩石试样的各个部位进行声发射的信号收集；
3.沟槽为半圆形，弧形边和直线边的分布及尺寸设计合理，及保证了探头在移动期间不掉落，又保证了壳体不会因试验施压过程中破裂崩出碎片、形成永久性形变破坏，可反复使用，试验可重复性强；
4.本压力室结构简单、使用方便、造价低廉，不仅可满足三轴渗流试验，亦可做单轴渗流试验，适用性广，便于推广到室内岩石力学试验领域。
附图说明
图1为本方案整体结构示意图。
图2为本方案围压室结构示意图。
图3为沟槽螺旋排布示意图。
图4为围压室俯视图。
图5为图2中I处放大示意图。
具体实施方式
请查阅图1-5，本实施例的一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，由上至下依次设有上压头1、围压室3、下压头5和底座，所述上压头1和围压室3之间设有上密封盖2，所述围压室3和下压头5之间设有下密封盖4；本实施例改进了传统的压力室，使得内部接收到的声发射信号可以实时地通过通信线路传递至外部传感器。同时上密封盖2和下密封盖4，结合下述密封结构，保证了在围压压力缸充满液压油情况下的密封性，即在有围压的情况下围压压力缸不漏液。
所述围压室3的周壁内侧嵌套有壳体8，所述壳体8为空心圆柱状，贴覆于围压室3的内壁设置，所述壳体8的内腔用于放置待测岩石试样14；所述围压室3周壁开设有进油口6，所述进油口6贯穿壳体8延伸至内腔。
所述壳体8的侧壁上开设有沟槽7，所述沟槽7开口朝内，且以壳体8中心轴为轴线、由壳体8的顶端螺旋下降至底端；所述沟槽7的槽体截面为半圆形，其弧形的一边位于内腔侧，直线的一边设置于壳体8靠围压室3周壁的一侧。所述沟槽7的半径不大于壳体8厚度的1/2，因为如若所所述空心圆柱状侧壁的最薄处厚度过小，施加围压时会对压力室造成永久性的形变破坏；若试验过程中岩石试样14破坏，其破裂产生的碎片会向四周崩出，进而对所述空心圆柱状侧壁产生破坏。
所述沟槽7内放置有声发射信号接收的探头9，由于沟槽7螺旋下降式的布置，可将声发射接收探头9放置在沟槽7的任意位置，以方便对岩石试样14的各个部位进行声发射的信号收集。所述探头9通过导线与声发信号放大器10连接，所述声发信号放大器10设置于围压室3外部，所述导线由外向内穿透围压室3与壳体8延伸至沟槽7内；
所述沟槽7始端处在所述壳体8上侧，沟槽7末端处在壳体8下侧，沟槽7起始处通过油堵11填塞密封，所述油堵11上设有供导线通过的第一通孔13；所述围压室3的周壁开设有第二通孔12，所述第一通孔13和第二通孔12贯通，所述导线穿过第二通孔12和第一通孔13到达沟槽7。本实施例中，通孔不宜过大，应当根据所使用的声发射信号收集系统中声发射接收探头9的尺寸确定。
为保证密封，所述第一通孔13、第二通孔12与导线间的缝隙设有环氧树脂密封圈15，使有围压的情况下壳体8作为围压压力缸，实现不漏液。
以对岩石试样14进行某围压下应力-渗流耦合试验为例，利用本方案进行岩石三轴渗流实验，布置如下：
(1)岩样装配
将根据国际岩石力学学会(ISRM)的要求设定标准尺寸为直径50mm、高度100mm，上下端面不平整度小于0.05mm的标准圆柱体岩石试样14表面贴上用于测量轴向变形和环向变形的应变片并放入壳体8当中。装入可施加渗透水的上、下压头5并拧紧上、下密封盖4。
(2)安装声发射接收装置
将声发射信号接收探头9及导线通过通孔放置于壳体8中的旋转下降式沟槽7内，所需放置的位置根据具体试验要求确定。声发射的导线通过油堵11内设的第一通孔12和侧壁的第二通孔13连接至围压室3外部，并与声发射信号放大器10连接。
(3)固定压力室
将安装好的围压室3及上、下压头5放置于三轴试验机下部底油缸的底座上并固定，保证三轴试验机的上部加载将进油管连接至外部油管。
经试验发现，与传统的三轴压力室相比，本装置有效满足在岩石三轴渗流试验中对声发射信号的精准收集需求，试验效果更为显著。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：利用本装置进行单轴渗流试验。
由于所述围压室3内包含所述壳体8，因而在单轴渗流试验时可大大减少渗透水因缺少限制而从岩石试样14顶端及侧壁表面渗出的状况。传统的单轴渗流试验防止渗透水渗出的做法是在其侧表面按照间隔5～8min连续喷涂3次止水剂(甲基硅氧烷：Si-4％，游离碱-5％)，喷涂后自然风干，经测定止水剂的有效浸入深度为3～6mm，在12h内形成结晶，经防水剂处理的试件需搁置12h。传统方式是对岩石试样14进行前处理。可能对岩石试样14的力学性质造成干扰，影响后续试验结果的准确性。并且前处理所需等待的时间过长，影响试验进度与效率。因此，本装置大大提高了单轴渗流试验的试验精度和试验效率，不仅解决了声发射信号接收装置无法放置在压力室内的问题，并且进一步地给声发射信号接收探头9更多接收位置的选择空间。围绕整个岩石试样14都可以根据试验需要对声发射信号进行收集，而传统的声发射信号接收压头只能收集端部附近的声发射信号。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (6)
1.一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，其特征在于：由上至下依次设有上压头、围压室和下压头，所述上压头和围压室之间设有上密封盖，所述围压室和下压头之间设有下密封盖；
所述围压室的周壁内侧嵌套有壳体，所述壳体为空心圆柱状，贴覆于围压室的内壁设置，所述壳体的内腔用于放置待测岩石试样；所述壳体的侧壁上开设有沟槽，所述沟槽开口朝内，且以壳体中心轴为轴线、由壳体的顶端螺旋下降至底端；所述沟槽内放置有声发射信号接收的探头，所述探头通过导线与声发信号放大器连接，所述声发信号放大器设置于围压室外部，所述导线由外向内穿透围压室与壳体延伸至沟槽内；所述围压室周壁开设有进油口，所述进油口贯穿壳体延伸至内腔。
2.根据权利要求1所述的一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，其特征在于：所述沟槽的槽体截面为半圆形，其弧形的一边位于内腔侧，直线的一边设置于壳体靠围压室周壁的一侧。
3.根据权利要求1所述的一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，其特征在于：所述沟槽的半径不大于壳体厚度的1/2。
4.根据权利要求1所述的一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，其特征在于：所述壳体的沟槽起始处通过油堵填塞密封，所述油堵上设第一通孔；所述围压室的周壁开设有第二通孔，所述第一通孔和第二通孔贯通，所述导线穿过第二通孔和第一通孔到达沟槽。
5.根据权利要求4所述的一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，其特征在于：所述第一通孔、第二通孔与导线间的缝隙设有环氧树脂密封圈。
6.根据权利要求1所述的一种可接收声发射信号的岩石渗流压力室，其特征在于：所述下压头的底部设有底座。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190222 |