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原文传递基于声发射探测技术的岩石力学性质测试装置及方法

专利名称：	基于声发射探测技术的岩石力学性质测试装置及方法
摘要：	本发明公开了一种基于声发射探测技术的岩石力学性质测试装置及方法，包括机架，其上设有试样装载腔；试样装载腔，内部安放有方形围岩试样，所述围岩试样的中部设有岩样安装孔，所述岩样安装孔内匹配安装有岩石试样；围压加载系统，用于对试样装载腔内的围岩试样施加围压；第一轴压加载系统，用于对试样装载腔内的围岩试样单独施加轴压；第一轴压加载系统，用于对岩石试样单独施加轴压；声发射探测装置，用于对加载过程中围岩试样和岩石试样产生的声发射信号进行探测并采集。通过设置相互独立的第一轴压加载系统和第二轴压加载系统结合水平方向应力加载装置，对水平及垂直方向施加相互垂直的压力进而实验对岩石试样周围的真实受力环境进行模拟。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南大学
发明人：	顾合龙;张旭;陶明;尚雪义;李夕兵;杜坤;赵华涛;赵瑞;洪志先;梁丽莎
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910468694.4
公开号：	CN110108551A
代理机构：	长沙市融智专利事务所(普通合伙)
代理人：	谢浪
分类号：	G01N3/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
主权项：	1.基于声发射探测技术的岩石力学性质测试装置，其特征在于，包括：机架，其上设有试样装载腔，所述试样装载腔内部安放有方形围岩试样，所述围岩试样的中部设有岩样安装孔，所述岩样安装孔内匹配安装有岩石试样；围压加载系统，用于对试样装载腔内的围岩试样施加围压；第一轴压加载系统，用于对试样装载腔内的围岩试样单独施加轴压；第二轴压加载系统，用于对岩石试样单独施加轴压；声发射探测装置，用于对加载过程中围岩试样和岩石试样产生的声发射信号进行探测并采集；所述围压加载系统、第一轴压加载系统、第二轴压加载系统和声发射探测装置均设置于所述机架上。 2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述声发射探测装置包括设置在围岩试样表面的至少8个声发射探头以及与声发射探头连接的数据采集仪。 3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述围压加载系统包括设置在所述围岩试样四个侧壁外的四块侧向加载板以及分别与四块所述侧向加载板连接的四个侧向加载油缸。 4.根据权利要求1-3任一项所述的测试装置，其特征在于：所述机架上设有加载台，所述加载台的上表面内凹形成所述试样装载腔。 5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于：所述第一轴压加载系统包括设置于所述围岩试样正上方的垂直加载板以及带动所述垂直加载板上下移动的第一垂直加载油缸。 6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于：所述第二轴压加载系统包括垂直加载杆和带动所述垂直加载杆上下移动的第二垂直加载油缸，所述垂直加载板上对应岩石试样位置处设有通孔，所述垂直加载杆可穿过所述通孔对岩石试样加载。 7.一种基于声发射探测技术的岩石力学性质测试方法，其特征在于，使用权利要求1-6任一项所述的装置，包括如下步骤： S1：将围岩试样置于试样装载腔中，将岩石试样安放在岩样安装孔中； S2：将声发射探测装置的至少8个声发射探头布置在围岩试样不同位置处； S3：根据岩石的地应力数据，通过围压加载系统和第一轴压加载系统对围岩试样加载，实现岩石试样周围所处应力环境的模拟， S4：通过第二轴压加载系统对处于模拟应力环境下的岩石试样进行加载，并记录相关的力学参数，同时启动声发射探测装置对声发射探头的声发射数据进行采集； S5：对采集的声发射信号进行去噪、拾取和定位，获得岩石试样的声发射情况，进而对声发射Kaiser点进行确定。 8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，步骤S5的具体过程如下： S51：对采集的声发射信号去噪； S52：对去噪后的声发射信号进行P波初至拾取，得到P波初至点数； S53：采用bootstrap重采样方法随机选取m个P波到时数据，由式(4)计算得到定位结果其中：minTL1(x0，y0，z0，t0)为(x0,y0,z0,t0)四个参数下震源定位的目标函数；m为参与定位的声发射探头数，vp为P波传播速度，li(x0，y0，z0)为震源位置与第i个声发射探头间的距离，(x0，y0，z0)为震源位置坐标，t0为震源发生时刻，ti为第i个声发射探头的P波初至时刻，ti＝tsi+(Pi-PSi)/fs；其中，tsi为声发射探头触发时刻，PSi和Pi分别为声发射探头触发点数和拾取的P波初至点数，fs为声发射探头采样频率； S54：重复bootstrap重采样q次计算得到q个定位结果，即再计算每个定位结果设定球形半径内的事件数，取事件数最多对应的定位作为最终定位结果。 9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，步骤S51的具体过程如下：首先采用经验模态分解法将原始声发射信号xj(i)分解为n个本征模态分量cj(i)和一个残余项rn(i)，再去除前几个方差贡献率低于0.1的本征模态分量。 10.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，步骤S52的具体过程如下：采用滑动长短时窗法去除噪音和低信噪比滑动长短时窗比值λ＜2.5的声发射信号，并拾取大致的P波初至点数，再采用中国发明专利201510312092.1中的PAI-K_AIC法实现P波初至点数的高精度拾取。
所属类别：	发明专利