CN114486547A - 一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置及方法，适用于对岩石检测使用。包括充满液压油的三轴室，三轴室外侧设有压力架，所述三轴室内设有被测岩石***，所述的被测岩石***包括柱状结构的岩样，岩样顶部在岩石力学试验***的加载压头下方设有刚性上衬垫，岩样底部设有刚性下衬垫，中刚性上衬垫和刚性下衬垫内分别设有紧贴岩样顶底面的声波发射探头和声波接收探头，岩样上通过多个禁锢环在岩样的侧面上对称固定有多对声发射探头，声发射探头上罩有抗压保护壳，被测岩石***外侧包裹有一层防止液压油渗透的密封用弹性密封薄橡胶管。该装置结构简单、操作便捷、同步采集、能够检测三轴加载状态的岩样，试验数据抗干扰性强的优点。

Description

一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种岩石三轴压缩试验辅助监测装置及方法，尤其适用于实验室检测使用的一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置及方法。

背景技术

随着矿井开采深度的不断增加，工程与地质条件越来越复杂，大埋深伴随而来的高地应力、高地温、高渗透压及开采扰动的岩层赋存环境，使得深部地下工程围岩结构也变的愈加复杂。由于深部围岩内赋存的高地应力与围岩体低强度间的突出矛盾，巷道围岩体在开挖前一般就已处于潜塑性或塑性状态，开挖过程中的工程作用和环境条件（地下水、地温）加剧了围岩结构与力学特性的损伤劣化，资源开采所形成的采动应力可导致已破裂围岩发生再破坏，使得围岩结构和力学特性进一步弱化。因此，在深部矿产资源的开采中，所要面对的是破裂围岩、不断向巷道周边扩展的破坏围岩、破裂后再破坏及反复破裂-破坏的围岩，能够准确分析深部岩石破坏过程物理力学变化规律是预防此类工程问题发生的前提条件，开展能够较好模拟深部高应力环境下的岩石三轴压缩试验是研究深部高应力环境中的岩石力学行为的重要研究方法。

目前，现有的岩石力学试验***基本能够较好的开展不同围压下的岩石三轴压缩试验，而受到三轴室液压油（通过对在试验机三轴缸中打入高压液压油，实现对岩样施加围压（环向应力）的目的，以模拟地下工程中地应力的需求）的影响，对于开展三轴压缩试验下的声发射和声波监测试验存在较大局限性，目前仅能同步开展单轴压缩试验条件下岩样多种试验数据（声发射、波速、光弹、CT等）的同步监测，以同步反映受载岩样的力学与物理特性。如在专利号为CN111122323A中展示了声发射***用于岩石力学试验常用的做法，即将声发射探头直接粘贴在岩样表面（岩样与声发射探头之间可采用凡士林作为耦合剂，以改善声发射探头对受载岩样内部产生裂纹扩展、塑性变形或相变等引起应变能快速释放而产生的应力波（弹性波）的接受状况），但仅适用于单轴压缩条件下的岩石力学试验，无法承受岩样三轴压缩条件下高围压对声发射探头的挤压作用而破坏，同时也无法规避声发射信号在液压油中发生折射或反射而导致应力波（弹性波）传播路径改变而导致的监测数据失真的问题；在专利号为CN110018244A中设计了由保护帽和后板组成的声发射探头保护壳，这样避免了声发射探头与液压油直接接触而在高围压下被挤压破坏，在一定程度上可用于岩样三轴压缩过程中声发射数据的监测，但无法避免声波在液压油中方式折射或反射而导致应力波（弹性波）传播路径改变，降低了声发射监测数据的准确度，无法满足岩样变形至破坏全过程中对其声发射信息动态监测的要求。如上所述，已有的岩石力学声发射试验存在以下三个问题：一是岩样波速测试通常是在试验前开展的，将波速发射与接收探头放置在岩样的上下两端头来测试岩样的波速（岩样与波速探头之间可采用凡士林作为耦合剂），目的在于测试同类或不同岩性试样的波速数值，以评价同类岩样的差异性（剔除波速异常的岩样，减少后续岩样单轴与三轴压缩试验结果的离散性），或用于分析不同岩性的波速的区别以进行岩石性质的评判。波速测试难以用于岩样单轴与三轴压缩试验的原因在于，一方面波速探头在轴压作用下易被压坏，另一方面无法规避纵波在液压油中发生折射或反射而导致其传播路径改变而导致的监测数据失真的问题。二是岩样声发射试验仅适用于岩石单轴压缩试验，即岩样存在自由面的情况下可以实现受载岩样声发射信号的有效采集，当施加围压后声波与声发射探头易在高围压下损坏（挤压破裂或挤碎破坏），不适用于高围压下岩样声发射信号的监测。三是即使声波与声发射探头耐高压，但液压油可浸入到岩样与声波或声发射探头的接触面，而液压油具有良好的润滑作用，可使得声波或声发射探头从岩样表面脱落；另外，声波与声发射信号在液压油中会产生折射或反射，导致应力波或纵波传播路径改变，会降低声波与声发射监测数据的准确性而影响对受载岩样损伤破坏情况的评价。基于以上波速与声发射难于用于岩石三轴压缩试验同步监测的技术难题，亟需研发一种能够适用于三轴压缩下岩样的声波和声发射同步监测装置与方法，以满足深部岩石力学三轴压缩试验的研究。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服岩石三轴压缩试验中声波和声发射数据无法有效同步采集的不足之处，提供一种结构简单、操作便捷、同步采集、试验数据抗干扰性强的声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置。

技术方案：为实现上述目的，本发明的声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置，设置在岩石力学试验***的加载平台上，它包括充满液压油的三轴室，三轴室外侧设有压力架，所述三轴室内设有被测岩石***，所述的被测岩石***包括柱状结构的岩样，岩样顶部在岩石力学试验***的加载压头下方设有刚性上衬垫，岩样底部设有刚性下衬垫，中刚性上衬垫和刚性下衬垫内分别设有紧贴岩样顶底面的声波发射探头和声波接收探头，岩样上通过多个禁锢环在岩样的侧面上对称固定有多对多对声发射探头，声发射探头上罩有抗压保护壳，被测岩石***外侧包裹有一层防止液压油渗透的密封用弹性密封薄橡胶管。

具体来说，本发明的声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置包括声发射监测***、声波监测仪，岩样底部设有刚性下衬垫，顶部设有刚性上衬垫；岩样与三轴室之间设有空隙，空隙顶部设有与外界相通的进油管和排气管，底部设有回油管，进油管上设有进油阀，排气管上设有气阀，回油管上设有回油阀；岩样和刚性下衬垫、刚性上衬垫外侧整体设有包裹其上的弹性密封薄橡胶管，防止液压油浸入岩样，刚性下衬垫和刚性上衬垫内部分别设有声波发射装置腔室和声波发射探头室，波发射装置腔室内设有声波发射探头，声波发射探头室内设有声波接收探头，声波发射探头和声波接收探头分别通过导线与声波监测仪连接，岩样与弹性密封薄橡胶管之间布置有多个声发射探头，多个声发射探头在空间上呈交叉对称分布在岩样侧壁圆周上，每个声发射探头均通过导线与声发射前置放大器连接，声发射前置放大器与声发射监测***连接。

进一步，每个声发射探头外侧均设有防止较高围压影响监测效果的刚性保护壳，刚性保护壳为内径略大于声发射探头的桶状结构，桶状结构底部设有挤压声发射探头使其紧贴岩样表面的压簧A，声发射探头设置在桶状结构内，筒状结构的开口处外侧套有塑性密封橡胶管，使刚性保护壳紧贴岩样表面以形成密闭空间，防止弹性密封薄橡胶管缺乏支承而被高围压挤破，刚性保护壳通过多个禁锢环将声发射探头扣在岩样上，防止刚性保护壳在岩样轴向变形过程脱落与滑动。

进一步，刚性保护壳开口处设有声发射出线A口，声发射出线A口相同位置处的塑性密封橡胶管上设有声发射出线B口，声发射出线A口声发射出线B口使声发射探头的声发射接收线延伸出来。

进一步，下衬垫包括下压头垫片和下压端头垫片卡槽上下扣合，上衬垫包括上压头垫片与上压端头垫片卡槽上下扣合，下压端头垫片卡槽与上压端头垫片卡槽均具有相同的环形槽、压头端部扩大环和防滑动凸齿，环形槽与弹性密封薄橡胶管上下端部的内环凸起部分组合形成包裹岩样的密封空间，在施加围压过程中，弹性密封薄橡胶管受到环向挤压，空气可经过下压端头垫片卡槽内壁上的声发射线槽排出，压头端部扩大环内径与下压头垫片和上压头垫片外径形同，防止与岩样接触的下压头垫片和上压头垫片左右偏移，避免岩样偏压，防滑动凸齿与防滑动凹槽相匹配，用以固定下压头垫片和上压头垫片，防止与岩样接触的下压头垫片和上压头垫片转动。

进一步，发射装置腔室和接收装置腔室分别设置在下衬垫和上衬垫的圆心处，接收装置腔室包括开在下压头垫片和上压头垫片中心处的声波接收探头室和声波接收探孔，声波接收探头设置在内部，下压端头垫片卡槽和上压端头垫片卡槽的圆心处均设有压动杆室，压动杆室下方设有压动杆线孔，压动杆室内设有压动杆，压动杆端面焊接有压簧B，端面焊接有压簧B的杆端穿过压动杆线孔，压动杆、压簧B和声波发射探头的高度之和略高于上压头的高度，压动杆、压簧B和声波接收探头的高度之和略高于下压头的高度，当加载平台加压后推动压动杆使得压簧B挤压声波探头与岩样紧密贴合。

一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验的方法，步骤为：

a、制作直径为50~100mm，高度为100~200mm的标准圆柱体岩样，岩样端面最大不平行度及加工精度满足岩石试验规程的有关规定，采用声波监测仪测试制得岩样的纵波波速，选取与之前作为测试试件的岩样波速相近的另一个全新岩样开展后续试验，以降低同类岩石各个岩样试验数据的离散值，降低试验失败率；

b、将根声发射接收线穿过下压端头垫片卡槽中的数据连接线孔，将每根声发射接收线分别放入下压端头垫片卡槽内壁上的声发射线槽后连接声发射探头，在声发射探头与岩样接触面上涂抹凡士林，在声发射探头外部套上刚性保护壳，安装禁锢环固定刚性保护壳防止发生位置错动；再将声波发射探头和声波接收探头表面涂抹凡士林后，分别放于声波发射探头室和声波接收探头室中，使得声波发射探头和声波接收探头通过声波发射探孔和声波接收探孔与岩样上下表面接触，声波发射探头连接线、声波接收探头连接线分别穿过压动杆中的线孔与声波发射探头、声波接收探头连接；再安装下压端头垫片卡槽和上压端头垫片卡槽，最后撑开弹性密封薄橡胶管，将弹性密封薄橡胶管上下端部的内环凸起部分套入环形槽中，形成密封空间，完成岩样准备工作；

c、将包裹完成的岩样置于岩石力学试验***加载平台上，降下三轴室并固定在压力架下底座上，施加初始预荷载使试验机压头与岩样上、下端部紧密接触；

d、关闭回油阀，打开进油阀和气阀，将液压油注入三轴室中，三轴室内空气由气阀排出，注满液压油后，关闭进油阀和气阀，将围压加载至指定数值后，开始岩样三轴压缩试验，同时打开声发射监测***和声波监测仪，保证三轴压缩过程中岩样的声发射数据与波速数据时间上的同步性；

e、当岩石力学试验***向岩样加压后，岩石力学试验***的加载平台加载后先将压动杆挤入压动杆腔室内，带动压簧B挤压声波接收探头，保证试验过程中声波接收探头始终保持与岩样底面的紧密贴合。

有益效果：本发明提供一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置及方法，通过弹性密封薄橡胶管与上下压头垫片的环形槽紧密扣住形成密闭空间，防止液压油浸入岩样影响试验数据，同时过滤三轴室内外部声源，提高声波和声发射数据准确度。岩样三轴压缩全过程中，本装置可以同时启动声发射监测***和声波监测仪，记录岩样三轴压缩试验过程的声发射参数变化和不同应力下的波速测试，由于声波在岩样与空气中的传播速度差异巨大，岩石波速对岩石中是否产生裂隙反应敏感，根据岩样破坏过程的动态波速数据可以快速准确的判断岩石内部裂隙是否快速发育，岩石波速对岩石中是否产生裂隙反应敏感，原因在于声波在固体和气体传播速度的不同的基本物理性质，岩石产生裂隙后岩石波速会发生变化，根据这一原理判断岩石裂隙是否快速发育，声波测试可以伴随岩石加载的全过程，以此来判断岩石每个阶段的裂隙发育情况，为岩石损伤破裂的力学行为研究提供试验手段；同时，获得的各项试验数据能够保持良好的同步性，便于试验数据分析。总的来说，该装置具有结构简单、操作便捷、同步采集、试验数据抗干扰性强的优点，可为解决深部破裂围岩巷道稳定控制难题提供了室内试验基础，对深部矿产资源安全高效开发具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的用于声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置示意图；

图2为本发明的岩样准备阶段示意图；

图3为本发明的弹性密封薄橡胶管示意图；

图4为本发明的刚性保护壳示意图；

图5为本发明的下压头垫片示意图；

图6为本发明的下压头垫片剖面示意图；

图7为本发明的下压头垫片平面示意图；

图8为本发明的上压头垫片示意图；

图9为本发明的上压头垫片剖面示意图；

图10为本发明的上压头垫片平面示意图；

图11为本发明的压动杆示意图；

图中：101-岩样；102-弹性密封薄橡胶管；103-三轴室；104-进油阀；105-回油阀；106-压力架；107-岩石力学试验***；108-加载路径；109-气阀；201-刚性保护壳；202-压簧A；203-塑性密封橡胶管；204-声发射出线B口；205-声发射出线A口；206-禁锢环；207-声发射探头；208-声发射接收线；209-声发射前置放大器；210-声发射监测***；301-声波监测仪；302-声波发射探头；303-声波发射探头连接线；304-声波接收探头；305-声波接收探头连接线；306-压动杆；307-压簧B；308-线孔；401-下压端头垫片卡槽；402-环形槽；403-压头端部扩大环；404-防滑动凸齿；405-声发射线槽；406-下压头垫片；407-防滑动凹槽；408-上压端头垫片卡槽；409-上压头垫片；410-压动杆室；411-压动杆线孔；412声波发射探头室；413-声波发射探孔；414-声波接收探头室；415-声波接收探孔。

具体实施方式

下面结合附图对发明的一个实施例作进一步的说明：

如附图1所示，本发明的一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置，设置在岩石力学试验***（107）的加载平台上，其特征在于：它包括充满液压油的三轴室（103），三轴室外侧设有压力架（106），所述三轴室内设有被测岩石***，所述的被测岩石***包括柱状结构的岩样（101），岩样（101）顶部在岩石力学试验***（107）的加载压头下方设有刚性上衬垫，岩样（101）底部设有刚性下衬垫，中刚性上衬垫和刚性下衬垫内分别设有紧贴岩样（101）顶底面的声波发射探头（302）和声波接收探头（304），岩样（101）上通过多个禁锢环在岩样（101）的侧面上对称固定有多对多对声发射探头（207），声发射探头（207）上罩有抗压保护壳，被测岩石***外侧包裹有一层防止液压油渗透的密封用弹性密封薄橡胶管（102）。具体的，其包括岩石力学试验***107、声发射监测***210、声波监测仪301，还包括用于固定岩样101的刚性下压头垫片406和刚性上压头垫片409，岩样101外部包裹弹性密封薄橡胶管102，防止三轴室103内的液压油浸入岩样101从而影响试验结果，所述的声发射监测***210配备2对共4个声发射探头207，4个声发射探头207在空间上呈前后左右上下对称分布，位于岩样101上下垫片中分别设有声波发射探孔413和声波接收探孔415。声波接收和发射探头设置在侧壁上，测量的声波仅是侧壁横向位置的波速变化，监测不到没有放置声波接收发射探头侧壁的岩样声波，岩样内部裂隙产生的位置具有不确定性，岩样内部任何位置都有可能产生裂隙，放置在侧壁的方法不能保证波速数据的准确性，声波发射探头和接收探头放置在岩样两端，只要有裂隙产生岩样就会产生波速的变换，该设置方法能够提高声波发射接收探头对裂隙变化的监测效果。

如附图2所示，本发明的一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验的方法：

a、制作直径为50~100mm，高度为100~200mm的标准圆柱体岩样101，岩样101端面最大不平行度及加工精度要满足岩石试验规程的有关规定，采用声波监测仪301测试制得岩样101的纵波波速，选取波速相近的岩样101开展后续试验，以降低同类岩石各个岩样101试验数据的离散值，提高试验成功率。

b、首先将4根声发射接收线208穿过下压端头垫片卡槽401中的数据连接线孔308，将每根声发射接收线208分别放入下压端头垫片卡槽401内壁上的声发射线槽405后连接声发射探头207，在声发射探头207与岩样101接触面上涂抹凡士林，在声发射探头207外部套上刚性保护壳201，安装禁锢环206固定刚性保护壳201防止发生位置错动；再将声波发射探头302和声波接收探头304表面涂抹凡士林后，分别放于声波发射探头室412和声波接收探头室414中，使得声波发射探头302和声波接收探头304通过声波发射探孔413和声波接收探孔415与岩样101上下表面接触，声波发射探头连接线303、声波接收探头连接线305分别穿过压动杆中306的线孔308与声波发射探头302、声波接收探头304连接；再安装下压端头垫片卡槽401和上压端头垫片卡槽408，最后装上弹性密封薄橡胶管102形成密封空间，完成岩样101准备工作；

c、将包裹完成的岩样101置于岩石力学试验***107加载平台上，降下三轴室103并固定在压力架106下底座上，施加初始预荷载使试验机压头与岩样上、下端部紧密接触；

d、关闭回油阀105，打开进油阀104和气阀109，开始进油，三轴室内空气由气阀109排出，注满液压油后，关闭进油阀104和气阀109，将围压加载至指定数值后，开始岩样（101）三轴压缩试验，同时打开声发射监测***210和声波监测仪301，保证三轴压缩过程中岩样101的声发射数据与波速数据时间上的同步性。

如附图3所示，弹性密封薄橡胶管102包裹岩样时，其内径略小于压头端部扩大环403外径，弹性密封薄橡胶管102具有良好的弹性，包裹岩样101时，可轻易撑开弹性密封薄橡胶管102上下端部的内环凸起部分从而套入环形槽402中，由于其良好的弹性，可紧密包裹在压头端部扩大环403上，从而形成密闭空间。

如附图4所示，刚性保护壳201用以保护声发射探头207以防止较高围压对声发射探头207的监测效果产生影响，所述的刚性保护壳201由禁锢环206紧密固定在岩样101上，防止刚性保护壳201在岩样101轴向变形过程脱落与滑动，刚性保护壳201内径略大于声发射探头207尺寸，其内部底座焊接压簧A202可将声发射探头207压紧在岩样101表面，并防止发射探头207产生位置错动，刚性保护壳201开口处的塑性密封橡胶管203，可使刚性保护壳201紧贴岩样表面并形成密闭空间，为弹性密封薄橡胶管102提供支承而防止被高围压挤破。

如附图5、6、7、8、9、10所示，所述的下压头垫片406与下压端头垫片卡槽401组成下压垫片，所述的上压头垫片409与上压端头垫片卡槽408组成上压垫片，下压端头垫片卡槽401与上压端头垫片卡槽408具有相同的环形槽402、压头端部扩大环403和防滑动凸齿404，环形槽402与弹性密封薄橡胶管102上下端部的内环凸起部分组合形成包裹岩样101的密封空间，在施加围压过程中，弹性密封薄橡胶管203受到环向挤压，空气可经过下压端头垫片卡槽401内壁上的声发射线槽405排出，压头端部扩大环403内径与下压头垫片406和上压头垫片409外径形同，防止与岩样101接触的下压头垫片406和上压头垫片409左右偏移，避免岩样101偏压，防滑动凸齿404与防滑动凹槽407相匹配，用以固定下压头垫片406和上压头垫片409，防止与岩样101接触的下压头垫片406和上压头垫片409转动，以防止压力室底座在试验过程中因机器震动、高应力等原因产生额外声源而干扰试验结果。

如附图11所示，所述的压动杆306为中心带孔的T型圆台，分别位于下压端头垫片卡槽401和上压端头垫片卡槽408中的压动杆室410内，其端面焊接有压簧B307，其杆端穿过压动杆线孔411，压动杆306、压簧B307和声波发射探头302的高度之和略高于上压头的高度，压动杆306、压簧B307和声波接收探头304的高度之和略高于下压头的高度，当加载平台加压后推动压动杆306使得压簧B307挤压声波探头与岩样101紧密贴合。

Claims (7)

1.一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置，设置在岩石力学试验***（107）的加载平台上，其特征在于：它包括充满液压油的三轴室（103），三轴室外侧设有压力架（106），所述三轴室内设有被测岩石***，所述的被测岩石***包括柱状结构的岩样（101），岩样（101）顶部在岩石力学试验***（107）的加载压头下方设有刚性上衬垫，岩样（101）底部设有刚性下衬垫，中刚性上衬垫和刚性下衬垫内分别设有紧贴岩样（101）顶底面的声波发射探头（302）和声波接收探头（304），岩样（101）上通过多个禁锢环在岩样（101）的侧面上对称固定有多对多对声发射探头（207），声发射探头（207）上罩有抗压保护壳，被测岩石***外侧包裹有一层防止液压油渗透的密封用弹性密封薄橡胶管（102）。

2.根据权利要求1所述的声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置，其特征在于包括声发射监测***（210）、声波监测仪（301），岩样（101）底部设有刚性下衬垫，顶部设有刚性上衬垫；岩样（101）与三轴室（103）之间设有空隙，空隙顶部设有与外界相通的进油管和排气管，底部设有回油管，进油管上设有进油阀（104），排气管上设有气阀（109），回油管上设有回油阀（105）；岩样（101）和刚性下衬垫、刚性上衬垫外侧整体设有包裹其上的弹性密封薄橡胶管（102），防止液压油浸入岩样（101），刚性下衬垫和刚性上衬垫内部分别设有声波发射装置腔室（414）和声波发射探头室（412），波发射装置腔室（414）内设有声波发射探头（302），声波发射探头室（412）内设有声波接收探头（304），声波发射探头（302）和声波接收探头（304）分别通过导线与声波监测仪（301）连接，岩样（101）与弹性密封薄橡胶管（102）之间布置有多个声发射探头（207），多个声发射探头（207）在空间上呈交叉对称分布在岩样（101）侧壁圆周上，每个声发射探头（207）均通过导线与声发射前置放大器（209）连接，声发射前置放大器（209）与声发射监测***（210）连接。

3.根据权利要求2所述的声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置，其特征在于：每个声发射探头（207）外侧均设有防止较高围压影响监测效果的刚性保护壳（201），刚性保护壳（201）为内径略大于声发射探头（207）的桶状结构，桶状结构底部设有挤压声发射探头（207）使其紧贴岩样（101）表面的压簧A（202），声发射探头（207）设置在桶状结构内，筒状结构的开口处外侧套有塑性密封橡胶管（203），使刚性保护壳（201）紧贴岩样表面以形成密闭空间，防止弹性密封薄橡胶管（102）缺乏支承而被高围压挤破，刚性保护壳（201）通过多个禁锢环（206）将声发射探头（207）扣在岩样（101）上，防止刚性保护壳（201）在岩样（101）轴向变形过程脱落与滑动。

4.根据权利要求3所述的声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置，其特征在于：刚性保护壳（201）开口处设有声发射出线A口（205），声发射出线A口（205）相同位置处的塑性密封橡胶管（203）上设有声发射出线B口（204），声发射出线A口（205）声发射出线B口（204）使声发射探头（207）的声发射接收线（207）延伸出来。

5.根据权利要求2所述的声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置，其特征在于：下衬垫包括下压头垫片（406）和下压端头垫片卡槽（401）上下扣合，上衬垫包括上压头垫片（409）与上压端头垫片卡槽（408）上下扣合，下压端头垫片卡槽（401）与上压端头垫片卡槽（408）均具有相同的环形槽（402）、压头端部扩大环（403）和防滑动凸齿（404），环形槽（402）与弹性密封薄橡胶管（102）上下端部的内环凸起部分组合形成包裹岩样（101）的密封空间，在施加围压过程中，弹性密封薄橡胶管（203）受到环向挤压，空气可经过下压端头垫片卡槽（401）内壁上的声发射线槽（405）排出，压头端部扩大环（403）内径与下压头垫片（406）和上压头垫片（409）外径形同，防止与岩样（101）接触的下压头垫片（406）和上压头垫片（409）左右偏移，避免岩样（101）偏压，防滑动凸齿（404）与防滑动凹槽（407）相匹配，用以固定下压头垫片（406）和上压头垫片（409），防止与岩样（101）接触的下压头垫片（406）和上压头垫片（409）转动。

6.根据权利要求5所述的声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置，其特征在于：发射装置腔室和接收装置腔室分别设置在下衬垫和上衬垫的圆心处，接收装置腔室包括开在下压头垫片（406）和上压头垫片（409）中心处的声波接收探头室（414）和声波接收探孔（415），声波接收探头（304）设置在内部，下压端头垫片卡槽（401）和上压端头垫片卡槽（408）的圆心处均设有压动杆室（410），压动杆室（410）下方设有压动杆线孔（411），压动杆室（410）内设有压动杆（306），压动杆（306）端面焊接有压簧B（307），端面焊接有压簧B（307）的杆端穿过压动杆线孔（411），压动杆（306）、压簧B（307）和声波发射探头（302）的高度之和略高于上压头的高度，压动杆（306）、压簧B（307）和声波接收探头（304）的高度之和略高于下压头的高度，当加载平台加压后推动压动杆（306）使得压簧B（307）挤压声波探头与岩样（101）紧密贴合。

7.一种使用权利要求1-6所述装置的一种声波和声发射同步监测的岩石三轴试验装置的试验方法，包括：

a、制作直径为50~100mm，高度为100~200mm的标准圆柱体岩样（101），岩样（101）端面最大不平行度及加工精度满足岩石试验规程的有关规定，采用声波监测仪（301）测试制得岩样（101）的纵波波速，选取与之前作为测试试件的岩样（101）波速相近的另一个全新岩样（101）开展后续试验，以降低同类岩石各个岩样（101）试验数据的离散值，降低试验失败率；

b、将4根声发射接收线（208）穿过下压端头垫片卡槽（401）中的数据连接线孔（308），将每根声发射接收线（208）分别放入下压端头垫片卡槽（401）内壁上的声发射线槽（405）后连接声发射探头（207），在声发射探头（207）与岩样（101）接触面上涂抹凡士林，在声发射探头（207）外部套上刚性保护壳（201），安装禁锢环（206）固定刚性保护壳（201）防止发生位置错动；再将声波发射探头（302）和声波接收探头（304）表面涂抹凡士林后，分别放于声波发射探头室（412）和声波接收探头室（414）中，使得声波发射探头（302）和声波接收探头（304）通过声波发射探孔（413）和声波接收探孔（415）与岩样（101）上下表面接触，声波发射探头连接线（303）、声波接收探头连接线（305）分别穿过压动杆中（306）的线孔（308）与声波发射探头（302）、声波接收探头（304）连接；再安装下压端头垫片卡槽（401）和上压端头垫片卡槽（408），最后撑开弹性密封薄橡胶管（102），将弹性密封薄橡胶管（102）上下端部的内环凸起部分套入环形槽（402）中，形成密封空间，完成岩样（101）准备工作；

c、将包裹完成的岩样（101）置于岩石力学试验***（107）加载平台上，降下三轴室（103）并固定在压力架（106）下底座上，施加初始预荷载使试验机压头与岩样上、下端部紧密接触；

d、关闭回油阀（105），打开进油阀（104）和气阀（109），将液压油注入三轴室（104）中，三轴室内空气由气阀（109）排出，注满液压油后，关闭进油阀（104）和气阀（109），将围压加载至指定数值后，开始岩样（101）三轴压缩试验，同时打开声发射监测***（210）和声波监测仪（301），保证三轴压缩过程中岩样（101）的声发射数据与波速数据时间上的同步性；

e、当岩石力学试验***（107）向岩样（101）加压后，岩石力学试验***（107）的加载平台加载后先将压动杆（306）挤入压动杆腔室内，带动压簧B（307）挤压声波接收探头（304），保证试验过程中声波接收探头（304）始终保持与岩样（101）底面的紧密贴合。

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