一种不规则岩体电阻率无损检测方法及装置

本发明涉及岩体电阻率无损监测领域，具体涉及一种不规则岩体电阻率无损检测方法及装置。

背景技术：

1、岩体的物理特性和状态的测试及评价越来越被重视，传统的有损失探测方法虽然能够比较准确的得出某一确定的特性参数，但是由于其扰动以及耗时耗力正逐渐被现代化无损地球物理方法所取代。

2、由于岩体内部结构的复杂性和特殊性鲜有简单、便捷的方法进行精确评价，而电阻率法的应用使这些问题在一定程度上得到了解决。电阻率是岩体固有的基本物理参数之一，能有效反映岩体的物性和状态。不同类型的岩体在电阻率特性方面变现各异，其电阻率与岩体组成的矿物成分、形状、排列方式等相关。通过对岩体电阻率测试便可反演出所需的物理参数，并且电阻率法有着快速、无损、高效、经济等一系列优势。

3、目前，传统的岩体电阻率检测方法有电极法、电测孔法等，以上方法均要在岩体表面打孔测试，那么就会对岩体的结构造成一定的破坏，进而无法真实反映其内部结构及物理特性。

4、岩体电阻率的检测手段还包括交/直流电阻率法，虽然能够达到无损测试的目的，但是在针对不规则形状的岩体电阻率检测时，往往需要样品表面具有平坦区域，以确保电流电极和电压电极能够紧密贴合并与样品表面充分接触，样品的形状尽量选择为长方形或圆柱形，如果为不规则形状，那么电流可能沿着不同的路径传播，导致在不同位置上测得的电阻率值不同，进而很难获得岩体整体的电阻率，使得交/直流电阻率法难以实现针对不规则岩体试件进行的原状电阻率检测，在很大程度上使用范围受限。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种不规则岩体电阻率无损检测方法及装置，以解决目前常用的岩体试件电阻率检测手段需要破坏岩体本身的结构，难以实现针对不规则岩体的原状电阻率检测的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、第一方面，本发明公开了一种不规则岩体电阻率无损检测方法，包括以下步骤：

4、s1、取不规则岩体试件；

5、s2、在不规则岩体试件表面设置柔性电极，所述柔性电极上设置有多个施压点；

6、s3、同时对各个施压点施加压力，使柔性电极的各个施压点以相同的压力与不规则岩体试件表面接触；

7、s4、对不规则岩体试件进行电阻值监测，并将电阻值转化为电阻率，得到不规则岩体试件的电阻率值。

8、本发明的不规则岩体电阻率无损检测方法利用了柔性电极的可弯曲性、以及高弯曲应力下的机械稳定性，能够同时与不规则岩体试件表面不同位置接触，同时设置多个施压点，以保证柔性电极的每个导电区域均能够以相同的压力与不规则岩体试件表面接触，进而能够保证每个导电区域的电流和电压的一致性；本发明对柔性电极的各个施压点施加相同的压力，能够保证柔性电极与不规则岩体试件充分接触以减少接触电阻的影响。

9、为了实现对柔性电极的各个施压点施加相同的压力，作为优选，步骤s3中，对各个施压点施加的压力进行监测，以获取各个施压点的压力值，对比各个施压点的压力值，并调整为相同的施压水平，以保证各个施压点施加的压力相同。

10、作为优选，所述不规则岩体电阻率无损检测方法还包括以下步骤：

11、s5、对步骤s4中得到的不规则岩体试件电阻率值进行修正后，得到最终不规则岩体试件电阻率值。

12、由于岩体的硬度大且表面具有一定的粗糙度，使得岩体很难和电极完全接触，导致所测电阻率往往偏大，因此，作为优选，步骤s5中，对步骤s4中得到的不规则岩体试件电阻率值进行接触电阻率修正，修正公式为：

13、

14、其中，ρ″为接触电阻率修正后的电阻值，ρ0为不规则岩体试件初始电阻率，且α为柔性电极的面积，d为电极间距，r0为实测电阻值，l′为不规则岩体试件沿层理方向的长度。

15、作为优选，步骤s5中，对步骤s4中得到的不规则岩体试件电阻率值首先进行各向异性修正，然后进行接触电阻率修正，得到最终不规则岩体试件电阻率值，修正公式为：

16、

17、其中，ρ″′为修正后的不规则岩体试件最终电阻率，ρ′为各向异性修正后的不规则岩体试件电阻率值，d为正负极电极间距的平均值，l′为不规则岩体试件沿层理方向的长度，α为柔性电极的面积，ρ0为不规则岩体试件初始电阻率，λ为各向异性修正系数，ρn为沿着层理方向的岩石电阻率，ρl为垂直层理方向的岩石电阻率，r0为实测电阻值。

18、第二方面，本发明还公开了一种不规则岩体电阻率无损检测装置，用于实现如上所述的不规则岩体电阻率无损检测方法，包括柔性电极，所述柔性电极用于覆于不规则岩体试件表面，所述柔性电极远离不规则岩体试件的一面上设置有多个施压点，每个施压点上均安装有压力传送杆，用于对施压点施压；

19、所述柔性电极通过外部电源提供电流，所述柔性电极还电连接有lcr数字电桥，用于实时监测不规则岩体试件电阻值；

20、所述不规则岩体电阻率无损检测装置还包括后端处理系统，用于收集lcr数字电桥实时监测的不规则岩体试件电阻值，并转换为电阻率后，进行结果输出。

21、本发明公开的不规则岩体电阻率无损检测装置通过利用柔性电极的可弯曲性、以及高弯曲应力下的机械稳定性，能够同时与不规则岩体试件表面不同位置接触，同时设置多个施压点；采用压力传送杆对各个施压点进行施压，通过柔性接触式压力传感器保证柔性电极的每个导电区域均能够以相同的压力与不规则岩体试件表面接触，进而能够保证每个导电区域的电流和电压的一致性，进而能够实现对不规则岩体试件电阻值的测量。

22、作为压力传送杆施压的具体实现方式，所述压力传送杆靠近柔性电极的一端通过旋转接头转动连接有施压板，所述施压板用于与施压点可拆卸连接，所述压力传送杆能够通过旋转接头改变对施压板的施压方向。这样，就能够灵活的对不规则岩体试件表面进行施压，确保在凹凸不平的岩体表面也能进行压力的传输，使得电极与岩体表面紧密贴合；各个所述压力传送杆的另一端安装于压力输出平台，所述压力输出平台能够驱动压力传送杆旋转伸缩，进而实现对施压点的施压。

23、为了实现对柔性电极的各个施压点施加相同的压力，作为优选，所述柔性电极朝向不规则岩体试件的一面上设置有柔性接触式压力传感器，用于感测各个施压点上的压力值；能够更好的保证柔性电极与不规则岩体试件充分接触，从而减少接触电阻的影响。

24、作为优选，所述不规则岩体电阻率无损检测装置还包括控制系统，用于收集数据以及发送控制指令；所述控制系统分别与lcr数字电桥、柔性接触式压力传感器以及压力输出平台电连接；所述控制系统还与所述后端处理系统电连接，用于将收集的数据传输至后端处理系统或接收后端处理系统发送的控制指令。

25、作为优选，所述柔性电极为银包覆聚乙烯醇纳米纤维柔性电极；银包覆聚乙烯醇纳米纤维柔性电极具有表面光滑、高弯曲应力下的机械稳定性、与基板的强附着力、优异的灵活性的优点，所述银包覆聚乙烯醇纳米纤维柔性电极在弯曲半径为1.0mm情况下10000次弯曲循环后，其电阻能够基本保持不变。

26、本发明具有以下有益效果：本发明公开的不规则岩体试件电阻率无损测试方法，针对目前常用的不规则岩体试件电阻率检测手段需要破坏岩体本身的结构，难以实现针对不规则岩体试件的原状电阻率检测的技术问题，从电极材料方面进行改进，采用柔性电极能够让电极与岩体表面尽量贴合，在柔性电极表面配有压力传感器，通过压力作用让柔性电极与岩体表面接触更加充分；本发明还公开了电阻率各向异性和接触电阻修正方法，在装置方面改进的基础上，通过各向异性和接触电阻的修正进一步减少测试误差带来的影响；本发明从电法与岩体物性相结合入手，解决了目前常用的不规则岩体试件电阻率检测手段需要破坏岩体本身的结构，难以实现针对不规则岩体试件的原状电阻率检测的技术问题，实现了高效、快速、准确的对不规则岩体电阻率进行检测。