[發明專利]一種測量巖石壓縮裂紋擴展過程聲波波速的連續測量方法

有效

• 申請號: 201210008360.7
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102589672A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 張曉平;張仕平
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01H5/00
• 分類號: G01H5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及巖石力學實驗中的加載過程波速測試，特別適合于分析巖石壓縮過程中由于裂紋擴展而引起波速的變化，特別適合于預制裂紋巖石試樣壓縮過程中裂紋擴展而引起的波速變化研究。

技術背景

在振動作用下，除了震源附近，材料中會產生相應的瞬間微應變，從而可以假定為彈性。從這個假定出發，振動波在材料中的傳播速度由材料的彈性參數和密度決定。根據彈性理論，材料中波速與彈性參數之間的關系為：

vp=E(1-μ)ρ(1-μ)(1-2μ)---(1)]]>

vs=E2ρ(1+μ)---(2)]]>

式中：v_p縱波速度；v_s橫波速度；E彈性模量；μ泊松比。

巖石的縱波波速、橫波波速參數能較好地反映巖石的致密程度、強度特性、裂紋發育等情況。因此，在巖石力學實驗研究和巖體工程實踐中，得到了廣泛的運用。《工程巖體試驗方法標準》(GB/T?50266-99)、《水利水電工程巖石試驗規程》(SL264-2001)都把巖石(塊)聲波測試和巖體聲波測試作為基本測試內容，分別如圖1A、1B、1C和圖2所示。在地下巖體工程特別是煤礦采掘工程中，巖體松動圈測試就是利用波速在不同松動破壞程度、不同裂紋擴展程度巖體中的波速差異來判斷巖體松動圈范圍。聲波波速的測量是將聲波發射探頭和聲波接收探頭通過耦合劑緊貼巖石表面，通過測量聲波在發射探頭和接受探頭之間的傳播時間t，并測量兩個探頭之間的距離S，計算測試巖石中的聲波波速。

v=St---(3)]]>

然而，目前在巖石(塊)、巖體中進行的測試都是靜態的波速測試，即巖石在確定的外部環境下，不變的內部結構條件下進行波速測試。

圖3A、3B、3C和3D分別為花崗巖(Westerly?Granite)中的軸向微裂紋、花崗巖(Lac?du?Bonnet?Granite)壓縮試樣中的裂紋、二云英片巖(Quartz?Mica?Schist)單軸壓縮試驗的軸向裂紋和最大主應力垂直條件下洞室開挖洞壁附近剝落破壞示意圖。在單軸壓縮或低圍壓應力條件下，巖石等脆性材料(混凝土、玻璃、冰等等)首先產生張拉裂紋，并優先沿加載方向發育。這一結論已經被大量的研究所證實。例如：