[發(fā)明專利]一種巖石定向擠壓斷裂過程的力學聲學聯(lián)合測試方法

有效

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• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103994928A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 張希巍;孔瑞;馮夏庭;徐荃;楊成祥
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01D21/02;G01N1/28
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石斷裂過程的物理力學行為研究技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種巖石定向擠壓斷裂過程的力學聲學聯(lián)合測試方法。

背景技術(shù)

研究巖石斷裂過程的物理力學行為，對地震的預測、地震的機理研究及巖層構(gòu)造應力場的反演都具有十分重要的作用。

現(xiàn)階段，在實驗室環(huán)境下開展巖石擠壓斷裂的物理力學實驗，是作為相關(guān)技術(shù)人員研究巖石斷裂過程的物理力學行為的一種手段。

相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)在單軸和三軸條件下進行了巖石壓縮破裂的應力應變力學測試，但是實驗過程中總會出現(xiàn)多組宏觀裂隙面和宏觀裂紋的交叉復合現(xiàn)象，這給實驗結(jié)果的分析帶來了極大的不便，無法很好的說明巖石擠壓斷裂現(xiàn)象。

由于巖石在擠壓斷裂過程中，往往伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象，研究表明，巖石擠壓斷裂過程中發(fā)出的聲學信號可以很好地解釋巖石斷裂過程的物理力學行為，因此相關(guān)技術(shù)人員確定了兩種主要的聲學測試方法，包括聲發(fā)射檢測法和超聲檢測法，通過聲發(fā)射檢測法可以了解巖石的損傷演化過程，通過超聲檢測法可以很好的表征巖石的內(nèi)部變化和損傷程度。

但是，目前還沒有一種有效的方法可以將力學測試與聲學測試聯(lián)合在一起進行同時測試，并實現(xiàn)測試過程中避免多組宏觀裂隙面的出現(xiàn)和宏觀裂紋交叉復合現(xiàn)象的發(fā)生，想要進一步研究巖石擠壓斷裂過程中的物理力學行為，現(xiàn)有測試技術(shù)暫時還無法滿足這一目標。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種巖石定向擠壓斷裂過程的力學聲學聯(lián)合測試方法，通過局部定向加載的方式，人工控制宏觀裂隙面的形成，有效避免多組宏觀裂隙面的產(chǎn)生和宏觀裂紋交叉復合現(xiàn)象的發(fā)生；進行力學測試的同時，同步實現(xiàn)聲學測試，為進一步研究巖石擠壓斷裂過程中的物理力學行為提供了可能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種巖石定向擠壓斷裂過程的力學聲學聯(lián)合測試方法，包括如下步驟：

步驟一：制備巖石試樣，巖石試樣的長、高、寬尺寸比例為3:2:1；

步驟二：在巖石試樣的兩個長×寬端面上分別劃出應力加載區(qū)，應力加載區(qū)位于長×寬端面中心；

步驟三：在巖石試樣的一個長×高端面上貼應變片；

步驟四：在巖石試樣的兩個高×寬端面上固定超聲波探頭，包括超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，超聲波發(fā)射探頭位于一個高×寬端面中心，超聲波接收探頭位于另一個高×寬端面中心；

步驟五：在巖石試樣的長×高端面上固定聲發(fā)射傳感器；

步驟六：將巖石試樣置于巖石壓力機的上壓頭與下壓頭之間，在巖石試樣與上壓頭之間加裝上端局部加載壓塊，在巖石試樣與下壓頭之間加裝下端局部加載壓塊，上端局部加載壓塊、下端局部加載壓塊同時與巖石試樣的長×寬端面的應力加載區(qū)居中對齊；

步驟七：啟動巖石壓力機，對巖石試樣進行階梯式應力加載；同時，通過聲發(fā)射傳感器對聲發(fā)射信號進行連續(xù)實時采集，通過超聲波探頭采集超聲波信號，通過應變片采集應變信號，直到巖石試樣出現(xiàn)定向的宏觀裂紋，加載停止；

步驟八：提取測試數(shù)據(jù)，并對獲取的測試數(shù)據(jù)進行分析。

所述的超聲波發(fā)射探頭、超聲波接收探頭與巖石試樣之間通過耦合劑進行耦合。

所述上端局部加載壓塊、下端局部加載壓塊均為剛性墊塊，其長度為巖石試樣長度的一半，其寬度與巖石試樣相等。

在所述巖石試樣與上端局部加載壓塊、下端局部加載壓塊之間均加入了減摩劑，減摩劑采用聚四氟乙烯膜或硬脂酸合成減摩劑。

在所述的上端局部加載壓塊與上壓頭之間安裝有平衡球頭。

通過所述的超聲波探頭采集超聲波信號需要在應力加載臺階處進行，即應力加載每增加一級，便進行一次超聲波測試。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明能夠通過局部定向加載的方式，人工控制宏觀裂隙面的形成，有效避免多組宏觀裂隙面的產(chǎn)生和宏觀裂紋交叉復合現(xiàn)象的發(fā)生；進行力學測試的同時，同步實現(xiàn)聲學測試，為進一步研究巖石擠壓斷裂過程中的物理力學行為提供了可能。

附圖說明

圖1為實施例中巖石試樣測試前的安裝狀態(tài)示意圖；

圖2為實施例中巖石試樣應力加載曲線圖；

圖3為實施例中應變與應力、超聲波波速、聲發(fā)射脈沖數(shù)關(guān)系曲線圖；

圖中，1—巖石試樣，2—短柵應變片，3—長柵應變片，4—上端局部加載壓塊，5—下端局部加載壓塊，6—平衡球頭，7—超聲波發(fā)射探頭，8—超聲波接收探頭，9—聲發(fā)射傳感器，10—上壓頭，11—下壓頭。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。