本發(fā)明涉及巖土工程技術,特別是涉及巖石試樣聲發(fā)射監(jiān)測探頭輔助安裝裝置及安裝方法。
背景技術:
1、在開挖卸荷擾動下,工程巖體常發(fā)生片幫、塌方和巖爆等破裂性災害,對工程安全已構成嚴重威脅。深入揭示工程巖體破裂演化機制和災害孕育過程,對災害預警和防治具有重要的意義。聲發(fā)射監(jiān)測作為巖石破裂機制研究的重要手段,能夠?qū)崟r捕捉巖石在受力過程中內(nèi)部微裂紋產(chǎn)生、擴展和貫通的動態(tài)信息,直觀地展示巖石內(nèi)部微裂紋從萌生到快速發(fā)展直至最終破壞的全過程,為研究巖石破裂機制提供了寶貴的實時數(shù)據(jù)。另外,利用多個聲發(fā)射傳感器,可以對巖石內(nèi)部的破裂源進行定位,以研究巖石破裂的起始位置和擴展路徑。所以聲發(fā)射監(jiān)測常運用于巖石室內(nèi)單軸壓縮、三軸壓縮和直接剪切等試驗,以揭示巖石在不同受力狀態(tài)下的破裂演化機制和過程。
2、聲發(fā)射監(jiān)測設備主要由探頭、信號放大器、分析系統(tǒng)三部分組成。為保證采集聲信號的精度,使用設備時需將聲發(fā)射探頭表面涂抹適量的耦合劑并且將其緊貼在巖石試樣表面。而探頭安裝一般采用手工捆綁、膠水粘接及增設環(huán)形套箍等方法,但以上方法存在操作過程繁瑣,拆卸困難、影響巖石力學性質(zhì)、探頭與試樣接觸效果無法保證等問題。
3、針對此問題,目前已經(jīng)有針對聲發(fā)射探頭安裝問題設計安裝裝置的現(xiàn)有技術。例如:中國專利202011208022.9介紹了一種聲發(fā)射探頭吸附裝置,但只能針對特定的巖石試樣,難以適配多種試樣,適用性不高。中國專利202210183137.x的發(fā)明專利公開一種聲發(fā)射探頭固定裝置,利用固定外殼內(nèi)置聲發(fā)射探頭達到固定效果,但安裝完成后固定外殼無法拆卸,在試驗過程中會對巖石試樣的徑向形變產(chǎn)生影響。中國專利202322053798.3與202221277079.9分別為一種巴西劈裂試驗和針對直剪試驗的聲發(fā)射探頭安裝裝置,包括封閉支架與緊頂組件,但是這兩種不具有普遍適用性,而且裝置無法拆卸并且為封閉裝置,可視性較差,無法滿足某些需要觀察裂紋擴展的試驗要求。中國專利201911003888.3公開了一種通過環(huán)形鋼材緊密固定聲發(fā)射探頭的裝置,但試驗過程中環(huán)形裝置無法拆卸,巖石壓裂過程中鋼箍的存在會影響巖石裂紋的擴展,抑制巖塊的脫落,從而影響試驗結(jié)果。中國專利202311219799.9提供了一種力學測試聲發(fā)射探頭固定保護裝置,可以自由調(diào)節(jié)滑塊位置,通過氣囊保證探頭與試樣的緊密貼合,但是試驗過程中裝置無法拆卸,同時巖石破壞過程中會有碎片蹦出,可能會對氣囊氣密性造成影響。中國專利202210472617.8運用綁帶和探頭固定機構實現(xiàn)聲發(fā)射探頭的安裝,但固定綁帶具有彈性,難以保證對于不同試樣聲發(fā)射探頭固定位置的一致性,同時在試驗過程中會由于試樣的破裂導致綁帶長度變化從而改變聲發(fā)射探頭位置,聲發(fā)射檢測效果得不到保證。中國專利202011104285.5、202010571449.9都提供了一種聲發(fā)射探頭的固定裝置,但都只針對圓柱形式樣,裝置不可拆卸,會在進行壓縮試驗時對試樣有一定的限制從而影響實驗效果。中國專利202211304065.6公開了一種巖石力學實驗聲發(fā)射探頭的固定裝置及實驗方法,但其聲發(fā)射探頭安裝完成后整體裝置無法拆卸,只能進行簡單單軸試驗。而且對于上述不可拆卸的探頭安裝裝置,在進行巖石三軸試驗時都面臨裝置過于繁瑣,密閉效果無法保證的問題。
4、結(jié)合以上所述,目前大多數(shù)裝置普遍都存在適用性不大、裝置無法拆卸導致對試驗結(jié)果有影響等缺陷。
技術實現(xiàn)思路
1、為解決上述技術問題,本發(fā)明提供了巖石試樣聲發(fā)射監(jiān)測探頭輔助安裝裝置及安裝方法,采用探頭固定裝置對探頭進行安裝,采用輔助定位裝置對探頭固定裝置進行定位,在探頭固定裝置在試樣上粘貼牢固后將輔助定位裝置拆除,定位精準,操作簡單,還可避免因裝置無法拆卸導致對試驗結(jié)果的不利影響。
2、本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:巖石試樣聲發(fā)射監(jiān)測探頭輔助安裝裝置,包括底板、安裝于底板的輔助定位裝置、安裝于輔助定位裝置定位端的探頭固定裝置;所述底板上設置有試樣承載區(qū),用于承載巖石試樣;所述探頭固定裝置包括固定套和探頭鎖定螺栓,固定套內(nèi)設置有通道,通道在靠后的區(qū)域設置有內(nèi)螺紋,用于與探頭鎖定螺栓螺紋連接;所述固定套的前端設置有貼合部,貼合部的前端面設置為與試樣表面匹配的貼合面;所述探頭固定裝置用于在輔助定位裝置的定位后,固定于巖石試樣表面的所需位置,使貼合部與巖石試樣表面緊密接觸;所述輔助定位裝置還用于在探頭固定裝置在巖石試樣表面固定后拆除;所述探頭固定裝置還用于通過通道容納探頭,并利用探頭鎖定螺栓調(diào)整探頭的探測端與巖石試樣表面緊密貼合。
3、進一步的,所述固定套的側(cè)面還設置有缺口,用于在探頭從后放入通道時,對探頭的引線避讓。
4、進一步的,所述輔助定位裝置包括定位調(diào)節(jié)機構和安裝于定位調(diào)節(jié)機構的調(diào)節(jié)端的定位座;所述定位座包括u型限位承托件;u型限位承托件與固定套的外徑相匹配,用于在固定套放入u型限位承托件中時,實現(xiàn)上下方向及左右方向的定位;所述貼合部的外徑大于固定套的外徑,所述貼合部的后端與定位座本體的前端配合,用于在固定套放入u型限位承托件中時,實現(xiàn)前后方向的定位。
5、進一步的,所述定位調(diào)節(jié)機構包括定位柱組件、可滑動連接桿組件、定位板組件;所述定位柱組件安裝于底板上;所述定位柱組件包括豎向的定位柱,定位柱上設置有豎向的第一標尺;所述可滑動連接桿組件包括桿組件和連接組件;所述桿組件包括水平的連接桿,連接桿上設置有橫向的第二標尺;所述定位板組件包括定位板,定位板上設置沿長度方向的第三標尺;所述桿組件豎向可滑動地安裝于定位柱上;所述連接組件橫向可滑動地安裝于連接桿上;所述定位板安裝于連接組件的前端;所述定位座安裝于定位板上。
6、進一步的,所述底板上還設置有t型滑槽;所述定位柱組件還包括設置于定位柱底端的且與t型滑槽配合的定位柱滑塊;所述定位柱在靠近底端的位置設置有外螺紋,并螺栓連接有定位柱鎖定螺栓。
7、進一步的,所述桿組件還包括套設于定位柱的豎向限位滑塊;連接桿與豎向限位滑塊固定連接;所述豎向限位滑塊上還設置有豎向鎖定螺栓。
8、進一步的,所述連接組件包括套設于連接桿的橫向限位滑塊,橫向限位滑塊上還設置有橫向鎖定螺栓。
9、進一步的,所述連接組件還包括固定于橫向限位滑塊上的連接盒;所述定位板的后側(cè)固定有方形插柱;所述連接盒的前端設置有方形限位孔;所述方形插柱插設于方形限位孔中;所述連接盒的后端還螺紋連接有微調(diào)螺栓;所述微調(diào)螺栓的前端伸入至限位孔,并作用于方形插柱,用于向前微調(diào)定位板的位置;所述連接盒的側(cè)面還設置有插柱鎖定螺栓。
10、進一步的,所述u型限位承托件的底側(cè)還設置有安裝座,安裝座具有安裝槽;所述安裝槽與定位板配合,用于使安裝座具有沿定位板長度方向移動的自由度;所述安裝座的側(cè)面還設置有定位座鎖定螺栓;所述安裝座的后側(cè)還設置有定位標記,該定位標記與第三標尺配合。
11、巖石試樣聲發(fā)射監(jiān)測探頭輔助安裝方法,具體按照以下步驟進行:
12、s1、將巖石試樣放在底板的試樣承載區(qū)上;
13、s2、根據(jù)試樣形狀及監(jiān)測需求,安裝所需數(shù)量的定位柱組件、可滑動連接桿組件、定位板組件、定位座;
14、s3、在對應的定位座上放置探頭固定裝置,調(diào)節(jié)定位柱組件、可滑動連接桿組件、定位板組件和定位座,使多個探頭固定裝置與試樣表面所需監(jiān)測的位置一一對應,鎖定定位柱組件、可滑動連接桿組件、定位板組件、定位座;
15、s4、將探頭固定裝置取下,在貼合面處涂抹膠水,再放入至定位座上,微調(diào)定位板組件,使探頭固定裝置的貼合面與試樣表面緊密貼合;
16、s5、當所有探頭固定裝置與試樣表面固定后,對定位柱組件與底板解除鎖定,移動定位組件,使定位座與探頭固定裝置脫離;
17、s6、取出試樣,在探頭固定裝置中裝入探頭,再通過探頭鎖定螺栓頂緊探頭,使探頭的探測端與巖石試樣的表面緊密貼合,即完成探頭在巖石試樣表面的安裝。
18、本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明的巖石試樣聲發(fā)射監(jiān)測探頭輔助安裝裝置及安裝方法,采用探頭固定裝置對探頭進行安裝,采用輔助定位裝置對探頭固定裝置進行定位,在探頭固定裝置在試樣上粘貼牢固后將輔助定位裝置拆除,定位精準,操作簡單,還可避免因裝置無法拆卸導致對試驗結(jié)果的不利影響;定位柱組件通過滑塊和滑軌的方式安裝于底板上,可對各種大小、各種形狀的試樣進行表面探頭的精準安裝;可在一次定位后,僅需更換試樣即可完成多個試樣的探頭定位,避免過多的重復性操作,節(jié)約時間,提高探頭定位安裝的效率;可確保每個試樣的探頭定位安裝在相同的位置,減小了徒手定位安裝帶來的誤差,提高后續(xù)聲發(fā)射監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性;采用的探頭固定裝置與試樣表面比諸如膠帶、鐵箍等固定裝置的接觸面積小,保證試樣表面的可視化,避免影響試樣表面裂紋擴展影像的采集。