本發(fā)明屬于巖石測(cè)試
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種巖石損傷和滲透測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在城市規(guī)劃建設(shè)中經(jīng)常會(huì)涉及海底隧道的建設(shè)，而由于海水高壓力和腐蝕性引發(fā)隧道突、涌水等問題，在寒區(qū)地下隧道中，存在溫度對(duì)圍巖影響的問題，這些因素給工程安全帶來重大影響。對(duì)這類問題的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)，需要對(duì)復(fù)雜耦合條件下巖石的滲透性和損傷特性進(jìn)行深入探索研究。從巖石溫度、應(yīng)力和滲流多場(chǎng)耦合和損傷相結(jié)合的角度出發(fā)，才能夠更好地從根本上解決工程中遇到的問題。現(xiàn)有技術(shù)公開了一種巖石損傷和滲透測(cè)試系統(tǒng)，包括容納巖石的盛水裝置、壓力加載裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和超聲波探測(cè)儀，所述壓力加載裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和超聲波探測(cè)儀分別與盛水裝置相連接。工作狀態(tài)下：將巖石試件裝在盛水裝置內(nèi)，利用壓力加載裝置對(duì)巖石試件施加軸向壓力，所述數(shù)據(jù)采集裝置檢測(cè)壓力大小，所述超聲波探測(cè)儀檢測(cè)在滲透壓作用下的波速傳播時(shí)間，計(jì)算出超生波速，從而計(jì)算出巖石的滲透率。但是測(cè)試功能單一，不能實(shí)現(xiàn)巖石凍脹力和自恢復(fù)量的測(cè)試，使得測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，參考價(jià)值較小。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種巖石損傷和滲透測(cè)試系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的巖石損傷和滲透測(cè)試系統(tǒng)存在測(cè)試功能單一，不能實(shí)現(xiàn)巖石凍脹力和自恢復(fù)量的測(cè)試，使得測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，參考價(jià)值較小的問題。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種巖石損傷和滲透測(cè)試系統(tǒng)，所述巖石損傷和滲透測(cè)試系統(tǒng)包括：壓力加載裝置、盛水裝置、超聲波探測(cè)儀、自恢復(fù)量測(cè)試裝置、凍脹力測(cè)試裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、計(jì)算機(jī)；所述壓力加載裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和超聲波探測(cè)儀通過數(shù)據(jù)線分別與盛水裝置相連接；所述計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集裝置無線通信；數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)置有壓力傳感器、位移傳感器和無線通信模塊；壓力傳感器和位移傳感器，所述壓力傳感器用于檢測(cè)壓力加載裝置施加在巖石試件的壓力值，所述位移傳感器用于檢測(cè)巖石試件移動(dòng)的位置大??；所述無線通信模塊與壓力傳感器和位移傳感器相連接，將壓力傳感器和位移傳感器內(nèi)的數(shù)據(jù)信息傳送至計(jì)算機(jī)內(nèi)，所述超聲波探測(cè)儀與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信；自恢復(fù)量測(cè)試裝置和凍脹力測(cè)試裝置通過數(shù)據(jù)線與盛水裝置相連接；所述凍脹力測(cè)試裝置包括缸體，在缸體的底部固定連接有螺柱，該螺柱沿所述缸體向外延伸，所述螺柱的長(zhǎng)度大于缸體的高度；在缸體的頂部設(shè)置有缸蓋，所述缸蓋為一帶孔的蓋體，該缸蓋通過孔穿過螺柱蓋缸體上；在螺柱上從下到上依次連接有第一墊塊、測(cè)力傳感器、第二墊塊和螺母，所述測(cè)力傳感器上連接有智能數(shù)字壓力表；所述自恢復(fù)量測(cè)試裝置包括：筒體、加熱墊片、底座、上蓋、上壓桿、下支撐桿、雙路伺服液壓站、上路儲(chǔ)氣罐、下路儲(chǔ)氣罐、壓差計(jì)和氣壓加載裝置；所述加熱墊片設(shè)置在筒體的內(nèi)壁上，所述底座設(shè)置在筒體的底部并與筒體的下端口密封配合，所述上蓋設(shè)置在筒體的頂部并與筒體的上端口密封配合；所述上壓桿豎直設(shè)置在上蓋上，上壓桿的底端伸進(jìn)筒體內(nèi)，所述下支撐柱豎直設(shè)置在底座上并位于筒體內(nèi)，上壓桿的底端與下支撐柱的頂端在豎直方向上對(duì)應(yīng)；所述雙路伺服液壓站的出油口通過管路與筒體內(nèi)連通；所述上壓桿豎直設(shè)置進(jìn)氣通道，所述上路儲(chǔ)氣罐的出氣口通過管路與進(jìn)氣通道連接并通過進(jìn)氣通道與筒體內(nèi)連通；所述下支撐柱豎直設(shè)置進(jìn)氣通孔，所述下路儲(chǔ)氣罐的出氣口通過管路與進(jìn)氣通孔連接并通過進(jìn)氣通孔與筒體內(nèi)連通；所述壓差計(jì)的一端口與上路儲(chǔ)氣罐內(nèi)連通，壓差計(jì)的另一端口與下路儲(chǔ)氣罐內(nèi)連通；所述氣壓加載裝置的出氣口分別通過管路與上路儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口和下路儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口連接；所述氣壓加載裝置的出氣口與上路儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口之間連接的管路上安裝控制閥門Ⅰ，所述氣壓加載裝置的出氣口與下路儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口之間連接的管路上安裝控制閥門Ⅱ，所述壓差計(jì)與上路儲(chǔ)氣罐連接的管路上安裝控制閥門Ⅲ，所述壓差計(jì)與下路儲(chǔ)氣罐連接的管路上安裝控制閥門Ⅳ，所述上路儲(chǔ)氣罐與進(jìn)氣通道連接的管路上安裝控制閥門Ⅴ，所述下路儲(chǔ)氣罐與進(jìn)氣通孔連接的管路上安裝控制閥門Ⅵ。進(jìn)一步，所述無線通信模塊設(shè)置有極限容量計(jì)算單元，所述極限容量計(jì)算單元的就死按方法包括：C=∫0∞log2(1+1ntξλΣk=0m-1k!(k+n+m)![Lkn-m(λ)]2λn-me-λdλ;]]>其中，m＝min(Nt,Nr)n＝max(Nt,Nr)；為次數(shù)為k的Laguerre多項(xiàng)式令λ＝n/m，推導(dǎo)出如下歸一化后的信道容量表示式；limn→∞Cm=12π∫v1v2log2(1+mξNtv)(v2v-1(1-v1v)dv;]]>其中，v2=(τ+1)2;]]>在快速瑞利衰落的情況下，令m＝n＝Nt＝Nr，則v1＝0，v2＝4；漸進(jìn)信道容量為：limn→∞Cn=1π∫04log2(1+ξv)(1v-14)dv;]]>利用不等式：log2(1+x)≥log2(x)；簡(jiǎn)化為：limn→∞Cn=1π∫04log2(ξv)(1v-14)dv≥log2(ξ)-1.]]>進(jìn)一步，所述無線通信模塊設(shè)置有分布式計(jì)算單元，所述分布式計(jì)算單元的分布式計(jì)算數(shù)學(xué)模型如下：MaxC=Σi∈Pwi×Ti---(1)]]>ST:0≤si.start≤l,i∈N(2)si.end-si.start＝bi,i∈N(3)bi≤Bi×lL,i∈N---(4)]]>其中C為總的有效覆蓋時(shí)間，l是每一輪的時(shí)間，bi是節(jié)點(diǎn)si在每一輪中的工作時(shí)間。進(jìn)一步，所述無線通信模塊設(shè)置有消耗模型單元，消耗模型具體表達(dá)形式為：Etx(k,d)=Etx-elec(k)+Etx-amp(k,d)=kEelec+kϵfree-space-ampd2,d≤d0kEelec+kϵtwo-way-ampd2,d≥d0;]]>Erx(k)＝Ere-elec(k)＝kEelec；其中，Eelec表示無線收發(fā)電路能耗，εfree-space-amp和εtwo-way-amp分別表示自由空間模型和多路消耗模型的放大器能耗，d0是常數(shù)，d是通信節(jié)點(diǎn)相隔距離，k為要發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)位數(shù)，Etx(k,d)和Erx(k)分別表示傳感器發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)的能耗；得到節(jié)點(diǎn)的剩余能量；Wij＝a1(Eir+Ejr)+a2dij+a3(ki+kj)其中，Ejr、kj分別表示節(jié)點(diǎn)j的剩余能量和節(jié)點(diǎn)j能夠監(jiān)測(cè)得的數(shù)據(jù)的大小，且a1+a2+a3＝1，這樣系統(tǒng)就可以根據(jù)系統(tǒng)對(duì)Eir、dij或ki所要求的比重不同調(diào)整ai的值而得到滿足不同需要的權(quán)值。進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)置有數(shù)據(jù)壓縮單元，所述數(shù)據(jù)壓縮的數(shù)據(jù)壓縮方法包括：步驟一、在編碼時(shí)，首先根據(jù)E1n+1＝E1n+dn+1式計(jì)算出E1值，再根據(jù)和式計(jì)算出擬合殘差，計(jì)算這兩步時(shí)，均需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行越限判斷，判斷E1是否越限是為了避免超過傳感器數(shù)據(jù)總線上限而造成溢出；判斷殘差是否越限是為實(shí)現(xiàn)分段擬合；步驟二、當(dāng)一段輸入數(shù)據(jù)的擬合殘差全部計(jì)算完后，就構(gòu)造出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}所示的數(shù)據(jù)包，通過S-Huffman編碼方法對(duì)進(jìn)行熵編碼，然后發(fā)送出去，接收端解碼時(shí)，先將接收到的一組數(shù)據(jù)解碼，還原出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}式所示的數(shù)據(jù)包，然后根據(jù)式計(jì)算并還原出所有原始數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的巖石損傷和滲透測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)損傷自恢復(fù)量的同步測(cè)量，測(cè)量速度快、精度高；更可以通過改變損傷巖鹽所處的應(yīng)力、溫度和濕度狀態(tài)模擬真實(shí)復(fù)雜地質(zhì)條件下的自恢復(fù)過程并實(shí)現(xiàn)自恢復(fù)量的全過程實(shí)時(shí)測(cè)量，為研究巖鹽的損傷自恢復(fù)機(jī)理提供全面的試驗(yàn)依據(jù)和理論支持；克服常規(guī)巖石反復(fù)凍脹過程中水分的散失，能夠真實(shí)模擬實(shí)際巖石所處水環(huán)境，同時(shí)采用特殊缸體結(jié)構(gòu)，可以真實(shí)反應(yīng)巖石所處力邊界條件；采用與巖石尺寸配套的特制的墊圈式測(cè)力傳感器，該傳感器的使用使得整個(gè)裝置變的簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)上緊湊，便于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)采用智能數(shù)字壓力表可以實(shí)時(shí)在線測(cè)讀；能夠?qū)崟r(shí)在線測(cè)量損傷巖石凍融過程中的凍脹力的變化，具有實(shí)時(shí)性在線測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的巖石損傷和滲透測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的凍脹力測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中：1、壓力加載裝置；2、盛水裝置；3、超聲波探測(cè)儀；4、自恢復(fù)量測(cè)試裝置；5、凍脹力測(cè)試裝置；6、數(shù)據(jù)采集裝置；7、計(jì)算機(jī)。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的巖石損傷和滲透測(cè)試系統(tǒng)包括：壓力加載裝置1、盛水裝置2、超聲波探測(cè)儀3、自恢復(fù)量測(cè)試裝置4、凍脹力測(cè)試裝置5、數(shù)據(jù)采集裝置6、計(jì)算機(jī)7。所述壓力加載裝置1、數(shù)據(jù)采集裝置6和超聲波探測(cè)儀3通過數(shù)據(jù)線分別與盛水裝置2相連接；所述計(jì)算機(jī)7與數(shù)據(jù)采集裝置6無線通信；數(shù)據(jù)采集裝置6設(shè)置有壓力傳感器、位移傳感器和無線通信模塊；壓力傳感器和位移傳感器，所述壓力傳感器用于檢測(cè)壓力加載裝置施加在巖石試件的壓力值，所述位移傳感器用于檢測(cè)巖石試件移動(dòng)的位置大小。所述無線通信模塊與壓力傳感器和位移傳感器相連接，將壓力傳感器和位移傳感器內(nèi)的數(shù)據(jù)信息傳送至計(jì)算機(jī)7內(nèi)，所述超聲波探測(cè)儀3與計(jì)算機(jī)7數(shù)據(jù)通信；自恢復(fù)量測(cè)試裝置4和凍脹力測(cè)試裝置5通過數(shù)據(jù)線與盛水裝置2相連接。如圖2所示，凍脹力測(cè)試裝置5包括缸體5-5，在缸體5-5的底部固定連接有螺柱5-8，該螺柱5-8沿所述缸體5-5向外延伸，所述螺柱5-8的長(zhǎng)度大于缸體5-5的高度；在缸體5-5的頂部設(shè)置有缸蓋5-4，所述缸蓋5-4為一帶孔的蓋體，該缸蓋5-4通過孔穿過螺柱5-8蓋缸體5-5上。在螺柱上5-8從下到上依次連接有第一墊塊5-2、測(cè)力傳感器5-3、第二墊塊5-9和螺母5-1，所述測(cè)力傳感器5-3上連接有智能數(shù)字壓力表5-6。工作狀態(tài)下：選取現(xiàn)場(chǎng)巖石試樣，加工成中空的標(biāo)準(zhǔn)巖石試件，并預(yù)制不同組合形式的裂隙，制成待測(cè)巖石試件5-7，該待測(cè)巖石試件5-7的尺寸大小小于缸體5-5的體積，將該待測(cè)巖石試件5-7套裝在螺柱5-8上，使待測(cè)巖石試件5-7放置于缸體5-5內(nèi)，將缸蓋5-4蓋在缸體5-5上，將第一墊塊5-2、測(cè)力傳感器5-3、第二墊塊5-9和螺母5-1從下至上依次套裝在螺柱5-8上，將該缸體5-5放置在于低溫環(huán)境下進(jìn)行反復(fù)凍融實(shí)驗(yàn)，利用測(cè)力傳感器5-3來測(cè)量該待測(cè)巖石試件5-7在凍融過程中凍脹力的大小，利用智能數(shù)字壓力表5-6對(duì)凍脹力數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。自恢復(fù)量測(cè)試裝置4包括：筒體、加熱墊片、底座、上蓋、上壓桿、下支撐桿、雙路伺服液壓站、上路儲(chǔ)氣罐、下路儲(chǔ)氣罐、壓差計(jì)和氣壓加載裝置；所述加熱墊片設(shè)置在筒體的內(nèi)壁上，所述底座設(shè)置在筒體的底部并與筒體的下端口密封配合，所述上蓋設(shè)置在筒體的頂部并與筒體的上端口密封配合；所述上壓桿豎直設(shè)置在上蓋上，上壓桿的底端伸進(jìn)筒體內(nèi)，所述下支撐柱豎直設(shè)置在底座上并位于筒體內(nèi)，上壓桿的底端與下支撐柱的頂端在豎直方向上對(duì)應(yīng)；所述雙路伺服液壓站的出油口通過管路與筒體內(nèi)連通；所述上壓桿豎直設(shè)置進(jìn)氣通道，所述上路儲(chǔ)氣罐的出氣口通過管路與進(jìn)氣通道連接并通過進(jìn)氣通道與筒體內(nèi)連通；所述下支撐柱豎直設(shè)置進(jìn)氣通孔，所述下路儲(chǔ)氣罐的出氣口通過管路與進(jìn)氣通孔連接并通過進(jìn)氣通孔與筒體內(nèi)連通；所述壓差計(jì)的一端口與上路儲(chǔ)氣罐內(nèi)連通，壓差計(jì)的另一端口與下路儲(chǔ)氣罐內(nèi)連通；所述氣壓加載裝置的出氣口分別通過管路與上路儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口和下路儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口連接；所述氣壓加載裝置的出氣口與上路儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口之間連接的管路上安裝控制閥門Ⅰ，所述氣壓加載裝置的出氣口與下路儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口之間連接的管路上安裝控制閥門Ⅱ，所述壓差計(jì)與上路儲(chǔ)氣罐連接的管路上安裝控制閥門Ⅲ，所述壓差計(jì)與下路儲(chǔ)氣罐連接的管路上安裝控制閥門Ⅳ，所述上路儲(chǔ)氣罐與進(jìn)氣通道連接的管路上安裝控制閥門Ⅴ，所述下路儲(chǔ)氣罐與進(jìn)氣通孔連接的管路上安裝控制閥門Ⅵ。進(jìn)一步，所述無線通信模塊設(shè)置有極限容量計(jì)算單元，所述極限容量計(jì)算單元的就死按方法包括：C=∫0∞log2(1+1ntξλΣk=0m-1k!(k+n+m)![Lkn-m(λ)]2λn-me-λdλ;]]>其中，m＝min(Nt,Nr)n＝max(Nt,Nr)；為次數(shù)為k的Laguerre多項(xiàng)式令λ＝n/m，推導(dǎo)出如下歸一化后的信道容量表示式；limn→∞Cm=12π∫v1v2log2(1+mξNtv)(v2v-1(1-v1v)dv;]]>其中，v2=(τ+1)2;]]>在快速瑞利衰落的情況下，令m＝n＝Nt＝Nr，則v1＝0，v2＝4；漸進(jìn)信道容量為：limn→∞Cn=1π∫04log2(1+ξv)(1v-14)dv;]]>利用不等式：log2(1+x)≥log2(x)；簡(jiǎn)化為：limn→∞Cn=1π∫04log2(ξv)(1v-14)dv≥log2(ξ)-1.]]>進(jìn)一步，所述無線通信模塊設(shè)置有分布式計(jì)算單元，所述分布式計(jì)算單元的分布式計(jì)算數(shù)學(xué)模型如下：MaxC=Σi∈Pwi×Ti---(1)]]>ST:0≤si.start≤l,i∈N(2)si.end-si.start＝bi,i∈N(3)bi≤Bi×lL,i∈N---(4)]]>其中C為總的有效覆蓋時(shí)間，l是每一輪的時(shí)間，bi是節(jié)點(diǎn)si在每一輪中的工作時(shí)間。進(jìn)一步，所述無線通信模塊設(shè)置有消耗模型單元，消耗模型具體表達(dá)形式為：Etx(k,d)=Etx-elec(k)+Etx-amp(k,d)=kEelec+kϵfree-space-ampd2,d≤d0kEelec+kϵtwo-way-ampd2,d≥d0;]]>Erx(k)＝Ere-elec(k)＝kEelec；其中，Eelec表示無線收發(fā)電路能耗，εfree-space-amp和εtwo-way-amp分別表示自由空間模型和多路消耗模型的放大器能耗，d0是常數(shù)，d是通信節(jié)點(diǎn)相隔距離，k為要發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)位數(shù)，Etx(k,d)和Erx(k)分別表示傳感器發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)的能耗；得到節(jié)點(diǎn)的剩余能量；Wij＝a1(Eir+Ejr)+a2dij+a3(ki+kj)其中，Ejr、kj分別表示節(jié)點(diǎn)j的剩余能量和節(jié)點(diǎn)j能夠監(jiān)測(cè)得的數(shù)據(jù)的大小，且a1+a2+a3＝1，這樣系統(tǒng)就可以根據(jù)系統(tǒng)對(duì)Eir、dij或ki所要求的比重不同調(diào)整ai的值而得到滿足不同需要的權(quán)值。進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)置有數(shù)據(jù)壓縮單元，所述數(shù)據(jù)壓縮的數(shù)據(jù)壓縮方法包括：步驟一、在編碼時(shí)，首先根據(jù)E1n+1＝E1n+dn+1式計(jì)算出E1值，再根據(jù)和式計(jì)算出擬合殘差，計(jì)算這兩步時(shí)，均需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行越限判斷，判斷E1是否越限是為了避免超過傳感器數(shù)據(jù)總線上限而造成溢出；判斷殘差是否越限是為實(shí)現(xiàn)分段擬合；步驟二、當(dāng)一段輸入數(shù)據(jù)的擬合殘差全部計(jì)算完后，就構(gòu)造出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}所示的數(shù)據(jù)包，通過S-Huffman編碼方法對(duì)進(jìn)行熵編碼，然后發(fā)送出去，接收端解碼時(shí)，先將接收到的一組數(shù)據(jù)解碼，還原出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}式所示的數(shù)據(jù)包，然后根據(jù)式計(jì)算并還原出所有原始數(shù)據(jù)。工作狀態(tài)下：將巖石試件裝在盛水裝置內(nèi)，利用壓力加載裝置對(duì)巖石試件施加軸向壓力，所述數(shù)據(jù)采集裝置檢測(cè)壓力大小，所述超聲波探測(cè)儀檢測(cè)在滲透壓作用下的波速傳播時(shí)間，計(jì)算出超生波速，從而計(jì)算出巖石的滲透率。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3