一种针对巴西劈裂试验中声发射探头的固定装置及方法

本发明涉及岩石在巴西劈裂过程中声发射探头的固定技术领域。

背景技术：

岩体工程的失稳破坏往往是由于拉应力引起的，因此，了解和掌握岩体的抗拉强度以及拉应力变化规律是十分有必要的，由于现场测量岩石的抗拉强度难度较大，所以岩石抗拉强度的确定通常是采用室内试验实现的，目前，室内试验测量岩石抗拉强度的方式主要分为直接拉伸和间接拉伸，巴西劈裂试验由于装置简单、操作方便，而被广泛应用在岩石抗拉强度确定的试验中。岩石受力的渐进破坏过程中，裂纹的萌生与发展往往会通过弹性波的形式释放，因此，监测和记录岩石渐进破坏过程中裂纹萌生和发展的时间、位置和能量，对揭示岩石在拉应力作用下的破坏规律具有重要的研究意义。

根据中国授权发明cn112378741a所提出的一种用于室内岩石力学试验的声发射探头固定装置及方法，其有益效果为可以调整声发射探头的安装高度，提高了声发射探头固定位置的精度，但是该固定装置无法满足岩石试件表面的任意位置固定声发射探头的要求，并且无法不能适用于不同类型和型号的声发射探头，同时声发射探头拆装过程复杂麻烦，费时费力，从而不便于岩石试验使用。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种针对巴西劈裂试验中声发射探头的固定装置及方法，解决了目前的岩石在巴西劈裂试验中声发射探头的固定装置适用范围低，无法随意移动的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种针对巴西劈裂试验中声发射探头的固定装置，包括劈裂试验加载盒、两个辅助试件固定机构、多个探头固定机构和试件导向定位机构；

两个所述辅助试件固定机构分别安装在劈裂试验加载盒的左右两侧，多个所述探头固定机构和试件导向定位件均设置在劈裂试验加载盒上；

所述劈裂试验加载盒包括底座，所述底座的顶部固定安装有两个侧挡板；

所述辅助试件固定机构包括圆孔，所述圆孔的内侧滑动连接有固定圆杆，两个所述固定圆杆相对的一端均固定安装有限位圆杆；

所述探头固定机构包括固定滑块、螺纹杆和声发射探头，所述固定滑块正面开设有滑槽；

所述试件导向定位机构包括两个加载片，底部所述加载片的顶部开设有两个活动槽，所述活动槽的内部滑动连接有楔形块，两个所述加载片的相对一侧均固定安装有试验加载圆形钢条。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，两个所述侧挡板分别位于底座顶部的左右两侧，且两个侧挡板呈左右对称分布，两个所述圆孔分别开设在两个侧挡板的相背一侧。

进一步，所述限位圆杆靠近侧挡板的一侧活动安装有调节弹簧，所述调节弹簧远离限位圆杆的一侧与侧挡板相贴合，所述固定圆杆的外侧固定安装有两个尾板。

进一步，两个所述侧挡板相背的一侧均固定安装有圆柱筒，两个所述圆柱筒的相背一侧均开设有圆柱形导槽，圆柱形导槽的宽度大于尾板的宽度。

进一步，两个所述侧挡板的相背一侧均开设有u形滑槽，所述u型滑槽的内部滑动连接有限位块，左右相对应的两个所述限位块相背的一侧均固定安装有限位杆。

进一步，所述限位杆的外侧螺纹连接有限位螺栓，所述限位螺栓与侧挡板的外表面相贴合，所述限位杆远离限位块的一端与固定滑块固定连接。

进一步，所述螺纹杆的外侧活动安装有限位弹簧和垫片，所述螺纹杆的外侧螺纹连接有紧固螺母，所述螺纹杆正面的一端固定安装有圆盘，所述螺纹杆背面的一端固定连接有固定帽，所述限位弹簧的前后两侧分别与垫片和固定帽相贴合。

进一步，所述紧固螺母与固定滑块的正面相贴合，所述垫片与固定滑块的背面相贴合。

进一步，顶部所述试件加装片滑动连接在两个侧挡板之间，底部所述试件加装片固定连接在两个挡板之间，所述楔形块的形状为垂直三角形。

进一步，所述固定滑块由三块透明亚克力板拼接粘合而成，两个所述试验加载圆形钢条的位置相对应，且两个试验加载圆形钢条均位于试件加载片的中间位置。

一种针对巴西劈裂试验中声发射探头的固定方法，包括以下步骤：

1)放置定位试件，首先把试验加载盒放置在压力机的加载平台上，将岩石试件放入试件加载盒，用试件导向定位机构对岩石试件进行初步定位，保证下方试验加载钢条是处于岩石的中心位置；

2)辅助固定试件，旋转固定圆杆使连接的尾板插入到圆柱形导槽中，进而可调节固定圆杆的伸缩，使两个限位圆杆对岩石试件固定，确定左右两侧固定好之后，移开试件导向定位机构；

3)准备工作，在声发射探头的采集端的表面均匀涂抹超声耦合剂，消除声发射探头与岩石表面的孔隙；

4)调节固定探头，将声发射探头轻轻接触在岩石表面，通过旋转紧固螺母来压缩或释放限位弹簧，使得声发射探头紧密贴合在岩石表面，可通过设置的限位杆和限位螺栓的配合下可使滑动固定滑块上下移动，通过设置的螺纹杆、限位弹簧和紧固螺母的配合可使其水平移动和前后调节；

5)预加载试验，以巴西劈裂过程中声发射信号定位所需最少四个声发射探头的要求为例，在固定好前后两个端面上的声发射探头后，放置上方的试件加载垫片，进行试验预加载；

6)试验采集，旋转固定圆杆使尾板从圆柱形导槽中移出，撤除对岩石固定，进行巴西劈裂试验并采集渐进破坏过程中的声发射信号；

7)清理，拉伸限位弹簧将声发射探头与岩石试件表面脱离接触，取下顶部试件加载片，取出试验岩样。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

1、该针对巴西劈裂试验中声发射探头的固定装置及方法，在岩石巴西劈裂试验过程中采集声发射信号时，能减少声发射探头固定的时间和简化固定安装流程，同时，可以提高声发射探头布设位置的精确性，有效防止试验过程中声发射探头脱落现象的发生，安装稳定性好，对劈裂试验过程中声发射信号的采集成功率和效率具有明显的提升作用。

2、该针对巴西劈裂试验中声发射探头的固定装置及方法，通过设置的辅助试件固定机构和探头固定机构的配合下可对不同位置的声发射探头进行固定，可满足岩石试件表面的任意位置固定声发射探头的要求，同时满足不同型号和不同规格的探头都可以实现紧密固定，提高了适用性，可使任意两个探头之间互不干扰，均可独立布设于工作，从而便于岩石试验使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的辅助试件固定机构的结构侧视图；

图3为本发明的辅助试件固定机构的结构剖视图；

图4为本发明的探头固定机构的结构爆炸图；

图5为本发明的试件导向定位机构的结构俯视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、劈裂试验加载盒，11、底座，12、侧挡板，2、辅助试件固定机构，21、圆孔，22、固定圆杆，23、限位圆杆，24、调节弹簧，25、尾板，26、圆柱筒，27、u型滑槽，28、限位块，29、限位杆，210、限位螺栓，3、探头固定机构，31、固定滑块，32、滑槽，33、螺纹杆，34、限位弹簧，35、垫片，36、紧固螺母，37、声发射探头，4、试件导向定位机构，41、试件加载片，42、活动槽，43、楔形块，44、试验加载圆形钢条。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定发明的范围。

请参阅图1，本实施例中的一种针对巴西劈裂试验中声发射探头的固定装置，包括劈裂试验加载盒1、两个辅助试件固定机构2、多个探头固定机构3和试件导向定位机构4，两个辅助试件固定机构2分别固定安装在劈裂试验加载盒1的左右两侧，多个探头固定机构3和试件导向定位件4均活动安装在劈裂试验加载盒1上，劈裂试验加载盒1用于放置岩石试件，辅助试件固定机构2是对岩石进行固定，探头固定机构3是对声发射探头进行安装固定，试件导向定位机构4是用于定位岩石试件的结构，通过设置的试件导向定位机构4可使岩石试件处于中心加载位置，通过设置的辅助试件固定机构2可对岩石试件进行夹持固定，通过设置的探头固定机构3可对不同方位和不同型号的探头进行固定，提高了适用范围，从而便于岩石试验使用。

本实施例中的劈裂试验加载盒1使用于放置岩石的结构。

请参阅图1，本实施例中的劈裂试验加载盒1包括底座11，底座11的顶部固定安装有两个侧挡板12。

另外，两个侧挡板12分别位于底座11顶部的左右两侧，且两个侧挡板12呈左右对称分布，两个圆孔21分别开设在两个侧挡板12的相背一侧。

需要说明的是，其中两个侧挡板12与底座11是焊接而成。

本实施例中的辅助试件固定机构2是用于对岩石进行固定的结构。

请参阅图2和图3，本实施例中的辅助试件固定机构2包括圆孔21，圆孔21的内侧滑动连接有固定圆杆22，两个固定圆杆22相对的一端均固定安装有限位圆杆23，限位圆杆23靠近侧挡板12的一侧活动安装有调节弹簧24，调节弹簧24远离限位圆杆23的一侧与侧挡板12相贴合，固定圆杆22的外侧固定安装有两个尾板25。

另外，两个侧挡板12相背的一侧均固定安装有圆柱筒26，两个圆柱筒26的相背一侧均开设有圆柱形导槽。

并且，两个侧挡板12的相背一侧均开设有u形滑槽27，u型滑槽27的内部滑动连接有限位块28，左右相对应的两个限位块28相背的一侧均固定安装有限位杆29，限位杆29的外侧螺纹连接有限位螺栓210。

需要说明的是，圆柱形导槽的宽度大于尾板25的宽度，限位螺栓210与侧挡板12的外表面相贴合。

本实施例中的探头固定机构3是用于对声发射探头固定的结构。

请参阅图4，本实施例中的探头固定机构3包括固定滑块31、螺纹杆33和声发射探头37，固定滑块31正面开设有滑槽32，螺纹杆33的外侧活动安装有限位弹簧34和垫片35，螺纹杆33的外侧螺纹连接有紧固螺母36。

另外，螺纹杆33正面的一端固定安装有圆盘，螺纹杆33背面的一端固定连接有固定帽，限位弹簧34的前后两侧分别与垫片35和固定帽相贴合，紧固螺母36与固定滑块31的正面相贴合，垫片35与固定滑块31的背面相贴合。

需要说明的是，固定滑块31由三块透明亚克力板拼接粘合而成，同时，固定帽也为透明亚克力板，限位杆29远离限位块28的一端与固定滑块31固定连接，通过设置的亚克力板既起到固定声发射探头37的作用，又能满足在劈裂试验过程中对岩石表面变形和破坏进行观察和记录的要求。

本实施例中的试件导向定位机构4是用于定位岩石试件的结构。

请参阅图5，本实施例中的试件导向定位机构4包括两个加载片41，底部加载片41的顶部开设有两个活动槽42，活动槽42的内部滑动连接有楔形块43，两个加载片41的相对一侧均固定安装有试验加载圆形钢条44。

另外，顶部试件加装片41滑动连接在两个侧挡板12之间，底部试件加装片41固定连接在两个挡板12之间，楔形块43的形状为垂直三角形，两个试验加载圆形钢条44的位置相对应，且两个试验加载圆形钢条44均位于试件加载片41的中间位置。

需要说明的是，试验加载圆形钢条44是便于试验过程中加载应力的施加，当两个加载点施加应力后，保证岩石破裂的主裂纹位于试件中心位置附近，试件导向定位机构4可通过对称调节两楔形块43之间的间距来适应定位不同直径岩石试件的要求。

上述实施例的工作步骤为：

(1)首先把试验加载盒1放置在压力机的加载平台上，将岩石试件放入试件加载盒1中，再通过对称调节两楔形块43之间的间距来适应定位不同直径岩石试件，保证下方的试验加载钢条44处于岩石的中心位置；

(2)旋转固定圆杆22使相连接的尾板25位置与圆柱形导槽位置调整至相对应，然后再慢慢松开固定圆杆22，在调节弹簧的左右下可推动限位圆杆23朝岩石试件的一侧移动，进而两个限位圆杆23可将岩石试件进行固定，确定左右两侧固定好之后，然后再移开两个楔形块43；

(3)在声发射探头37的采集端的表面均匀涂抹超声耦合剂，消除声发射探头与岩石表面的孔隙，再将声发射探头37轻轻接触在岩石表面，通过旋转紧固螺母36来压缩或释放限位弹簧34，可使声发射探头37紧密贴合在岩石表面，可通过设置的限位杆29和限位螺栓210的配合下可使滑动固定滑块31进行上下移动，通过设置的螺纹杆33、限位弹簧34和紧固螺母36的配合下可使固定帽进行水平和前后调节；

(4)以巴西劈裂过程中声发射信号定位所需最少四个声发射探头的要求为例，在固定好前后两个端面上的声发射探头37后，再放置上方的试件加载垫片41滑动进两个侧挡板12之间，使顶部的试验加载圆形钢条44与岩石试验贴合；

(5)再拉动固定圆杆22使尾板25从圆柱形导槽中移出，再旋转固定圆杆22，使限位圆杆23撤除对岩石固定，然后进行巴西劈裂试验并采集渐进破坏过程中的声发射信号；

(6)拉伸限位弹簧34将声发射探头36与岩石试件表面脱离接触，取下顶部试件加载片41，取出试验岩样。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。