一种弹性应变能指标检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种弹性应变能指标检测系统及方法，该系统包括用于加卸载的岩石力学试验机及其控制系统，还包括声发射监测系统，所述声发射监测系统经导线连接有多个声发射传感器，所述声发射传感器安装于岩样试件上，以通过监测声发射事件数的变化趋势来判定岩样试件的荷载是否达到岩石峰值强度的80%以上（或岩样试件进入塑性变形范围），基于此计算弹性应变能指标并对岩爆倾向性进行判断。该系统及方法有利于提高弹性应变能指标检测结果的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种弹性应变能指标检测系统及方法
本专利技术涉及岩爆倾向性评价
，特别是一种弹性应变能指标检测系统及方法。
技术介绍
岩爆是地下开挖活动诱发的岩石的强烈破坏，在这种破坏过程中伴随着弹性应变能的突然释放并转变为功而强烈地冲击开挖或采掘工作面、采掘设备和作业人员。岩爆是高应力地下环境中最为严重的工程地质灾害之一。因此，对于大深度或高应力环境下的地下工程，都会对是否产生岩爆灾害做基本的评价，以指导工程施工和安全生产。弹性应变能指标方法由于其概念明确、方法简单，长期以来一直是岩爆倾向性评判中应用最多的一种方法。该方法要在实验中测定岩石在接近峰值强度时卸载所释放的弹性应变能与损耗的弹性应变能，很明显采用该方法时卸载点越接近峰值强度点，测试所得结果对于岩爆倾向性的评价越准确。国内学者对弹性应变能指标法的研究并不多，而且主要集中在理论分析方面。但是在试验方面，特别是确定加载是否接近岩石的峰值强度非常困难。现有的方法或者由于远离峰值强度点，使得采用测试的结果进行评判会导致很大的偏差；或者加载达到峰值强度导致岩石直接破坏而失败。在以往的研究中，人们大多是根据同类岩样自身强度大小的类比，根据经验人为确定卸载时的荷载点，但由于岩石材料的复杂性和其强度的不稳定性，人为确定卸载点往往是盲目的，其不科学性会导致结果的不准确性。在国内一些发表的论文中，也未见介绍如何确定卸载点的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种弹性应变能指标检测系统及方法，该系统及方法有利于提高弹性应变能指标检测结果的准确性和可靠性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种弹性应变能指标检测系统，包括用于加卸载的岩石力学试验机及其控制系统，还包括声发射监测系统，所述声发射监测系统经导线连接有多个声发射传感器，所述声发射传感器安装于岩样试件上，以通过监测声发射事件数的变化趋势来判定岩样试件的荷载是否达到岩石峰值强度的80%以上。进一步的，所述声发射监测系统连接有至少六个声发射传感器，其中四个声发射传感器分两组，分别安装于方形柱状的岩样试件的一对对立侧面的上下端部，另外两个声发射传感器安装于所述岩样试件的另一对对立侧面的中部。本专利技术还提供了一种弹性应变能指标检测方法，包括以下步骤：步骤S1：采集若干具有代表性的岩样，按国际岩石力学学会的制作标准制作成方形柱状的岩样试件；步骤S2：选取若干表面无明显节理裂隙的岩样试件，采用岩石力学试验机对选取的岩样试件进行单轴抗压强度试验，得到各岩样试件的单轴抗压强度，然后计算出岩样试件的平均抗压强度，将所述平均抗压强度作为岩石峰值强度；步骤S3：另取若干岩样试件，分别对各岩样试件进行如下试验：在岩样试件一对对立侧面的上下端部安装四个声发射传感器，在其另一对对立侧面的中部安装两个声发射传感器，然后将各声发射传感器连接至声发射监测系统；步骤S4：通过岩石力学试验机采用纵向位移控制的单轴加载方式对岩样试件缓慢施加荷载；步骤S5：在加载过程中，通过声发射监测系统监测声发射事件数的变化趋势，当声发射事件数发生突增时，即判定当前加载水平达到了岩石峰值强度的80%以上，此时停止加载，并采用纵向位移控制的单轴卸载方式开始卸载，卸载速率与加载速率保持一致；步骤S6：卸载至所述岩石峰值强度的5%，试验结束，岩石力学试验机自动记录并保存加卸载过程中的相关应力应变数据；步骤S7：通过步骤S4~S6采集到的数据，计算得到所述岩样试件的弹性应变能、塑性应变能；步骤S8：重复步骤S3~S7，直至完成对所有岩样试件的试验，并获得所有岩样试件的弹性应变能、塑性应变能；步骤S9：通过获得的所有岩样试件的弹性应变能、塑性应变能，计算弹性应变能指标并对岩爆倾向性进行判断。进一步的，在步骤S3中，安装在岩样试件对立侧面上下端部的四个声发射传感器，传感器边缘离岩样试件的上下端面的距离不小于1cm。进一步的，在步骤S5中，当声发射事件数在一设定时间内增大为原来的n倍时，即判定声发射事件数发生突增。本专利技术的有益效果是提供了一种弹性应变能指标检测系统及方法，该系统及方法通过监测声发射事件数的变化趋势来判定岩样试件是否接近峰值强度，更准确地确定接近峰值强度处的卸载点，在此基础上采集相关数据来计算弹性应变能，提高了弹性应变能指标检测结果的准确性，从而大大提高了岩爆倾向性评价的准确性、合理性和客观性，具有很强的实用性和广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例的系统结构示意图。图2是本专利技术实施例中弹性应变能指标法的单轴加卸载曲线图。图3是本专利技术实施例中凝灰岩的时间-应力-声发射对应关系图。图4是本专利技术实施例中花岗岩的时间-应力-声发射对应关系图。具体实施方式本专利技术弹性应变能指标检测系统，如图1所示，包括用于加卸载的岩石力学试验机1及其控制系统2，还包括声发射监测系统3，所述声发射监测系统经导线连接有多个声发射传感器4，所述声发射传感器安装于岩样试件5上，以通过监测声发射事件数的变化趋势来判定岩样试件的荷载是否达到岩石峰值强度的80%以上（或岩样试件进入塑性变形范围）。在本专利技术较佳实施例中，岩石力学试验机为MTS815型液压伺服岩石力学试验机，该装置是全数字计算机自动控制，基于Windows平台的可视化操作软件，可记录荷载、位移、应力、应变值，并绘制载荷-位移、应力-应变曲线等。监测系统为智能声发射测试仪，可对声发射事件数、能量、撞击数、幅值、波形等进行实时监测和记录。参见图1，所述声发射监测系统连接有六个声发射传感器4，其中四个声发射传感器分两组，分别安装于方形柱状的岩样试件5的一对对立侧面的上下端部，另外两个声发射传感器安装于所述岩样试件的另一对对立侧面的中部。本专利技术还提供了与上述弹性应变能指标检测系统对应的弹性应变能指标检测方法，包括以下步骤：步骤S1：根据现场实际地质情况，采集若干具有代表性的岩样，按国际岩石力学学会的制作标准制作成方形柱状的岩样试件。具体的，所述岩样试件的长×宽×高为：50mm×50mm×100mm，且岩样试件两端受压面进行打磨处理，以减小端部摩擦，提高检测准确性，从而使其尺寸规格、两端平行度等符合国际岩石力学学会的制作标准。岩样试件制作精度符合以下要求：（1）试件两端面不平整度误差不大于0.05mm；（2）沿试件高度直径的误差不大于0.3mm；（3）试件端面垂直于试件轴线，最大偏差不大于0.25°。步骤S2：选取若干表面无明显节理裂隙的岩样试件，采用MTS液压伺服岩石力学试验机分别对选取的岩样试件进行单轴抗压强度试验，得到各岩样试件的单轴抗压强度，然后计算出岩样试件的平均抗压强度，将所述平均抗压强度作为岩石峰值强度。步骤S3：另取若干岩样试件，分别对各岩样试件进行如下试验：在岩样试件一对对立侧面的上下端部安装四个声发射传感器，在其另一对对立侧面的中部安装两个声发射传感器，然后将各声发射传感器连接至声发射监测系统。安装过程中，传感器和岩样试件的接触面抹上黄油作为耦合介质，以增强耦合效果，减少声发射信号传递损失。安装在岩样试件对立侧面上下端部的四个声发射传感器，传感器边缘离岩样试件的上下端面的距离不小于1cm，防止岩样试件压坏时对传感器造成损坏。做好准备工作以后，进行一次断铅试验，使用直径为0.5mm的自动铅笔在岩样试件表面倾斜压迫，使其断裂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性应变能指标检测系统，包括用于加卸载的岩石力学试验机及其控制系统，其特征在于，还包括声发射监测系统，所述声发射监测系统经导线连接有多个声发射传感器，所述声发射传感器安装于岩样试件上，以通过监测声发射事件数的变化趋势来判定岩样试件的荷载是否达到岩石峰值强度的80%以上。

【技术特征摘要】
1.一种弹性应变能指标检测方法，其特征在于，弹性应变能指标检测系统包括用于加卸载的岩石力学试验机、控制系统和声发射监测系统，所述声发射监测系统经导线连接有多个声发射传感器，所述声发射传感器安装于岩样试件上，以通过监测声发射事件数的变化趋势来判定岩样试件的荷载是否达到岩石峰值强度的80%以上；所述声发射监测系统连接有至少六个声发射传感器，其中四个声发射传感器分两组，分别安装于方形柱状的岩样试件的一对对立侧面的上下端部，另外两个声发射传感器安装于所述岩样试件的另一对对立侧面的中部；该方法包括以下步骤：步骤S1：采集若干具有代表性的岩样，按国际岩石力学学会的制作标准制作成方形柱状的岩样试件；步骤S2：选取若干表面无明显节理裂隙的岩样试件，采用岩石力学试验机对选取的岩样试件进行单轴抗压强度试验，得到各岩样试件的单轴抗压强度，然后计算出岩样试件的平均抗压强度，将所述平均抗压强度作为岩石峰值强度；步骤S3：另取若干岩样试件，分别对各岩样试件进行如下试验：在岩样试件一对对立侧面的上下端部安装四个声发射传感器，在其另一对对立侧面的中部安装两...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玉仁，李庶林，毛建喜，胡静云，王剑明，林秋红，
申请(专利权)人：中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司，中铁二十四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35