一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演系统的制作方法

本实用新型涉及岩石断裂力学监测设备领域，具体涉及一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演系统。

背景技术：

岩石内部存在着裂纹等缺陷，裂纹受到载荷的作用，发生扩展、传播与贯通，最终导致了岩石的破坏。在矿山、交通、水利、能源、地下空间建设等岩体工程中，岩体裂纹是影响这些岩体工程安全极不稳定的因素，裂纹的扩展会导致岩体发生变形破坏，改变岩体的力学性质及渗透性，从而引发工程地质灾害。明确岩石裂纹扩展过程，对研究岩石裂纹破裂机理及扩展规律具有重要意义，是控制工程灾害发生的关键问题。但是，由于岩石材料的非透明性，岩石裂纹的时空破裂演化过程不易直接观察，这一直是岩石断裂力学研究方面的热点和难点。

因此，探寻一种岩石内部三维裂纹扩展过程的反演系统，对岩石裂纹时空扩展过程进行描述，可以为研究岩石裂纹破裂机理及扩展规律，预防和解决岩体工程灾害提供有益参考。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演系统，其可以直观揭示试件内部裂纹动态扩展过程，为研究裂纹扩展规律、预防和解决岩体工程灾害提供有益参考。

其技术解决方案包括：

一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演系统，包括预制有裂纹的非透明试件、加载控制系统、声发射采集系统及CT扫描台，其特征在于：所述的预制有裂纹的非透明试件固定在上、下压头中间，所述的上、下压头与所述的加载控制系统连接，通过所述加载控制系统向预制有裂纹的非透明试件施加载荷；所述的非透明试件表面设置有若干个声发射传感器，每个声发射传感器通过各自的线路连接有前置放大器，所述的前置放大器与所述的声发射采集系统连接，所述的声发射传感器用于接收所述的预制有裂纹的非透明试件在加载过程中内部产生的破裂及裂纹扩展产生的声发射信号，所述的声发射信号经所述前置放大器输入至所述声发射采集系统；

所述的CT扫描台包括CT扫描控制系统、X射线源及探测板，通过加载后的预制有裂纹的非透明试件放置于X射线源及探测板处，通过所述CT扫描控制系统控制对预制有裂纹的非透明试件进行扫描，以获取其内部扫描数据。

作为本实用新型的一个优选方案，上述的声发射传感器设置有6～8个，通过耦合剂凡士林固定在预制有裂纹的非透明试件表面。

作为本实用新型的另一个优选方案，上述的加载控制系统对预制有裂纹的非透明试件进行单轴加载、双轴加载或三轴加载。

进一步的，上述的预制有裂纹的非透明试件中的裂纹为单裂纹或多裂纹，裂纹的角度为15°、30°、45°、60°或75°。

本实用新型所带来的有益技术效果为：

由于采用了上述方案，通过试件内部不同时刻或阶段声发射事件分布特征判别出试件内部不同时刻或者阶段裂纹破裂区位置，与加载结束后CT三维重构得到的试件内部裂纹的空间形态进行对比分析，综合反演得出裂纹扩展过程，可以直观揭示试件内部裂纹动态扩展过程，为研究岩石裂纹破裂机理及扩展规律，预防和解决岩体工程灾害提供有益参考。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演方法流程图；

图2为本实用新型一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演方法所需系统结构示意图；

图中，1、力学试验机压头；2、加载控制系统；3、试件；4、预制裂纹；5、声发射传感器；6、前置放大器；7、声发射采集系统；8、X射线源；9、CT扫描台；10、探测板；11、CT扫描控制系统。

具体实施方式

本实用新型提出了一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演系统，为了使本实用新型的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本实用新型做详细说明。

本实用新型，一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演系统，其结构示意图如图2所示，包括力学试验机，在力学试验机内放置预制有裂纹的非透明试件，该非透明试件位于力学试验机压头(上、下压头)的中央，在该预制有裂纹的非透明试件表面设置有6～8个声发射传感器5，其中，每个声发射传感器均通过各自的线路连接至前置放大器6，通过前置放大器将声发射信号传输至声发射采集系统；

该力学试验机的上压头或/和下压头连接加载系统，通过加载系统对预制有裂纹的非透明试件施加载荷；

CT扫描台包括CT扫描控制系统、X射线源及探测板10，通过加载系统加载结束后的预制有裂纹的非透明试件放置于CT扫描台，通过CT扫描控制系统、X射线源及探测板获得预制有裂纹的非透明试件内部的扫描数据。

上述本实用新型一种非透明试件三维裂纹扩展过程的综合反演系统的反演方法，如图1所示，具体通过如下步骤实现：

步骤一、对非透明材料进行加工，制备成试件3，非透明材料试件可以为真实岩石试件、类岩石试件，对试件3进行预制裂纹4；

步骤二、将6～8个声发射传感器5涂抹耦合剂凡士林，依据不共面的原则与试件3表面固定，以保证良好的信号传输效果；

步骤三、把试件3置于力学试验机压头1的中央，对试件3进行预实验，使试件3有一定的预应力；

步骤四、通过加载控制系统2对试件3以恒定的速度进行加载，声发射传感器5接收因试件3内部发生破裂和裂纹扩展而产生的声发射信号，通过前置放大器6输入声发射采集系统7进行声发射数据采集和处理；

步骤五、将步骤四中的声发射参数进行提取，得到加载过程中不同时刻或阶段试件3内部事件参数，对提取不同时刻或者阶段的内部事件进行三维定位作图，判别试件3内部不同时刻或者阶段裂纹破裂区位置；

步骤六、将加载结束后的试件置于CT扫描台9，并利用CT扫描控制系统11、X射线源8、探测板10对试件3进行CT扫描，获得试件3的CT扫描数据，并通过三维重构得到试件3内部裂纹的空间形态；

步骤七、通过步骤五中不同时刻或者阶段声发射事件空间分布特征判别出试件3内部裂纹破裂区位置，与步骤六中CT三维重构的裂纹空间形态进行对比分析，综合反演得出裂纹扩展过程。

本实用新型中，试件上预制裂纹可以为单裂纹或多裂纹，预制裂纹的角度可以为15°、30°、45°、60°或75°。

试件的加载可以为单轴加载，双轴加载或者三轴加载，加载模式可以为位移控制、载荷控制。

上述加载控制系统2的具体结构及加载方式借鉴现有技术即可实现，此处不做冗述。

本实用新型中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

尽管本文中较多的使用了诸如力学试验机压头1、加载控制系统2、试件3、预制裂纹4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型的精神所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。