围压条件下岩石三轴实验声发射传感器固定装置

摘要

一种围压条件下岩石三轴实验声发射传感器固定装置，适用于岩石常规三轴及单轴压缩实验中岩石破坏机理和损伤定位及积累过程的室内声发射实验。它包括固定圆环、预紧机构、声发射传感器密封室，固定圆环通过螺栓与预紧机构铰接在一起；声发射传感器密封室包括开有导槽的密封缸体、设在密封缸体内的声发射传感器，密封缸体的侧壁上开有内注入粘钢型结构胶的出线孔；预紧机构包括由多个弧形预紧钢片连为圆环的弹簧和调节螺栓。本发明能效保护声发射传感器，防止其在高油压下的损伤和破坏，且不会对原有测量设备产生影响。能保障声发射监测系统始终与岩样的紧密接触，显著降低声发射测试中的干扰信号，满足岩石材料损伤过程的声发射测试要求。

说明书

技术领域

本发明涉及围压条件下岩石三轴实验声发射传感器固定装置，尤其适用于需要利用声发射信号定位岩样破裂位置的实验。

背景技术

岩石材料作为一种特殊的工程介质，其在各类岩土工程中会经历复杂的应力加卸载作用，当外力达到一定界限时，岩石内部将萌生新裂纹，随着外力的加载，这些新裂纹和岩石中的原生裂纹将产生扩展和贯通，进而将引起岩土工程地质灾害。因而研究岩石在应力作用下的破裂过程对理解岩土工程破坏机理和指导施工设计具有重要意义。

岩石在破裂过程中，破裂位置的应变能得以瞬间释放而产生弹性波，即发出声发射信息。通过布置在不同位置的声发射传感器可以捕捉岩石破裂时的声发射信号，通过反演算法可以确定岩样中破裂的位置，从而可以得到岩石在应力作用下损伤演化过程。在岩石单轴压缩声发射监测中，通常将声发射传感器通过橡皮筋或胶带直接固定于岩石表面，由于声发射传感器前端的陶瓷片为一平面，而岩样通常为圆柱形，因此传感器与岩样的接触面积很小，当岩样变形较大时，往往导致声发射传感器脱离岩样，导致实验失败；在有围压条件下的岩石压缩声发射监测实验中，由于声发射传感器前端的陶瓷片不能承受压力的作用，目前声发射传感器布置的方法主要有两种：一种是将声发射传感器布置于加载缸的外壁，由于影响因素过多，如压头和三轴室液压油的影响，该方法检测到的信号干扰信息较多，一般无法满足试验要求；另一种方法是将声发射传感器置于上下压头内，由于和岩样之间也是间接接触，因而信号存在一定的干扰，同时由于最多只能安装两个声发射传感器，因此无法实现岩样破裂位置的定位。因而，目前尚无有效监测高围压条件下岩样声发射信息的声发射传感器固定装置。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之，提供一种结构简单、操作方便、有有效监测围压条件下岩石三轴试验声发射传感器固定装置。

技术方案：本发明的围压条件下岩石三轴实验声发射传感器固定装置，包括固定圆环、设在固定圆环内的预紧机构和固定在预紧机构内与岩样相接触的多个声发射传感器密封室，固定圆环通过螺栓与预紧机构铰接在一起；所述的声发射传感器密封室包括开有导槽的密封缸体，密封缸体内设有沿导槽装入其中的声发射传感器，密封缸体端口处设有密封盖，声发射传感器与密封盖之间设有挠性垫片，密封缸体的侧壁上开有内注入粘钢型结构胶的出线孔；出线孔内设有与声发射传感器相连接的同轴电缆线；所述的预紧机构包括多个弧形预紧钢片和将多个弧形预紧钢片连为圆环的调节螺栓，调节螺栓上设有弹簧；所述的声发射传感器密封室通过螺栓固定在弧形预紧钢片上。

所述的密封盖与密封缸体通过紧固螺钉连接，之间设有密封圈；所述的多个弧形预紧钢片的数量与多个声发射传感器的数量相同。 

有益效果：本发明能效保护声发射传感器，防止其在高油压下的损伤和破坏，且不会对原有测量设备（如轴向和环向位移测量装置）产生影响。能保障声发射监测系统始终与岩样的紧密接触，显著降低声发射测试中的干扰信号，满足岩石材料损伤过程的声发射测试要求。具有如下优点：

1、本发明所述发射传感器固定装置安装便利，且可确保整个实验过程中声发射监测系统紧贴岩样，显著降低声发射测试中的干扰信号，提高测试结果的准确性。 同时该固定装置的安装不会对现有测量装置（如轴向和环向测量装置）产生影响。

2、本发明所述发射传感器固定装置可有效保护高油压作用下的声发射传感器，不但可进行单轴（围压为零）下的实验，尤其适用于较高围压下的声发射测试，可有效补充现有岩石声发射监测实验成果。

3、本发明所述声发射传感器固定装置可以精确控制声发射传感器的安装位置，便于定位算法准确定位岩样破裂的位置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的调节螺栓和弹簧示意图；

图3是本发明的发射传感器密封室主视结构图；

图4是本发明的发射传感器密封室俯视结构图。

图中：1-固定圆环，2-声发射传感器密封室，3-密封缸体，4-密封盖，5-紧固螺钉，6-密封圈，7-声发射传感器，8-导槽，9-同轴电缆线，10-出线孔，11-粘钢型结构胶，12-挠性垫片，13-弧形预紧钢片，14-调节螺栓，15-弹簧，16-螺钉，17-螺栓，18-螺栓孔，19-岩样。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明：

图1所示，本发明的围压条件下岩石三轴实验声发射传感器固定装置，主要由固定圆环1、多个声发射传感器密封室2和预紧机构构成。所述的预紧机构包括多个弧形预紧钢片13和将多个弧形预紧钢片13连为圆环的调节螺栓14，多个弧形预紧钢片13间通过弹簧15相互联结，通过与弹簧15其相连的调节螺栓14可以调整弹簧15的长度。声发射传感器密封室2通过密封盖上的螺钉孔固定于弧形预紧钢片13上，利用调节螺栓14调节弹簧15长度使声发射传感器密封室2紧贴岩样上，预紧机构通过螺栓17与固定圆环1铰接在一起；所述的声发射传感器密封室2包括开有导槽8的密封缸体3和密封盖4，密封盖4与密封缸体3通过紧固螺钉5连接，之间设有密封圈6；密封缸体3的侧壁上开有内注入粘钢型结构胶11的出线孔10，用于传感器导线9的安装；利用密封圈和粘钢型结构胶11实现密封室装置的密封，确保高油压下声发射传感器7不破坏。声发射传感器密封室2前部与岩样19相接触，后部通过螺栓16和螺栓孔18固定在弧形预紧钢片13上；所述的声发射传感器密封室2的顶端面为圆弧面，能很好地贴合在圆柱型岩样上；通过弧形预紧钢片13和弹簧15组成环形预紧机构，能确保岩样变形破坏整个过程中，声发射传感器7都能紧贴在岩样19上。声发射传感器7沿导槽8装入密封缸体3内，声发射传感器7与密封盖4之间设有挠性垫片12；通过出线孔10，声发射传感器7与同轴电缆线9相连接。通过固定圆环1可以精确控制声发射传感器的空间位置，同时通过螺栓17与预紧结构铰接后，可以确保岩样峰后发生大的位移时，整个声发射传感器固定装置不发生大的变形。

本发明对构成围压条件下岩石三轴实验声发射传感器固定装置的部件优选以下结构形式：

1、声发射传感器密封室与岩样接触界面采用圆弧设计，圆弧的曲率与岩样的直径匹配，针对六面体岩样，声发射传感器密封室的外端采用平面设计。

2、声发射传感器密封室缸体的内部空间结构与声发射传感器相适应，密封室缸体导槽可开至缸体底部，或者稍深于所用传感器接线端的位置。

3、弧形预紧钢片通过螺栓铰接与固定圆环上，该螺栓在弧形预紧钢片上的位置在弧形预紧钢片长度的1/3处，使固定后的声发射传感器密封室有一定的活动余地，在岩样发生破坏产生较大位移时，密封室可发生一定的协调变形而不脱离岩样。

工作过程：在岩样19安装完毕后，在声发射传感器7的压电陶瓷表明涂抹凡士林，然后将其沿导槽8放入封闭缸体3中；将同轴电缆线9通过出线孔10与声发射传感器联结，然后在出线孔10中注入粘钢型结构胶11；将挠性垫片12放置在声发射传感器7上，防止声发射传感器7在监测过程中产生晃动，将密封圈6放在密封缸体3顶端的密封槽内，而后通过紧固螺钉5将密封盖4和密封缸体3固定；将声发射传感器密封室2利用螺栓16通过密封盖上5上的螺栓孔18固定于弧形预紧钢片13上，然后利用调节螺栓14和弹簧15将弧形预紧钢片13联结起来组成预紧机构，并通过调节螺栓14调节弹簧15的拉力，使声发射传感器密封室2紧贴岩样表面；最后通过螺栓17将预紧机构和固定圆环1铰接起来，螺栓17的松紧程度以弧形预紧钢片13能发生轻微转动为宜。

完成了围压条件下岩石三轴实验声发射传感器固定装置的安装后，将固定圆环1固定在三轴室内，并将同轴电缆线9与试验机的预设导线接口相连接，即可进行岩样的三轴试验过程的声发射监测。