[發明專利]節理巖體黏性系數的波動測試方法

有效

• 申請號: 201810013335.5
• 申請日: 2018-01-07
• 公開（公告）號: CN108181382B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 付玉華;王觀石;胡世麗;楊國春;龍平;孟世明
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G01N29/11
• 分類號: G01N29/11;G01N29/44
• 代理公司: 贛州凌云專利事務所 36116
• 代理人: 曾上

1.一種節理巖體黏性系數的波動測試方法，其特征是，包括以下步驟：

第1步：數據采集

選擇巖體露頭表面平整的區域為測試區域，在測試區域內選擇巖塊，測試巖塊的密度和彈性模量；在測試區域內布置1～2條測線，測線長度應大于1.5m，沿測線方向依次布置1個振源點和若干個測點，測點間距為20～40cm，測點個數大于4，對測點進行編號，編號要求是與振源距離增加測點編號數增大，第1個測點與振源點間的距離應大于50cm；在每個測點上用石膏粉粘結一個加速度傳感器，在振源處施加沖擊載荷，采用振動信號采集儀記錄各傳感器的振動波形；

第2步：將測點的振動波形分解為子波

按照頻帶寬度為100～300Hz對各測點的振動波形進行帶通濾波，得到一系列的子波，峰值頻率最小的子波為該測點的第1列子波，隨子波峰值頻率增加，子波的列數編號依次增加；考慮到應力波傳播過程中的幾何衰減，須對所有子波進行振幅補償，即將各子波振幅乘以補償系數ζ_j，補償系數ζ_j的計算公式見式(1)，

式(1)中，ζ_j為第j個測點的振幅補償系數，下標j為測點編號，r_j為第j個測點與振源點間的距離，r₁為第1個測點與振源點間的距離；對各子波進行2次積分運算，得到相應的子波的位移波形；

第3步：計算測點間的能量損失

計算子波從第j個測點傳播至第j+1個測點過程中的損耗能量ΔI_j,j+1，計算公式見式(2)；

ΔI_j,j+1＝I_j-I_j+1，j≥1 (2)

式(2)中，ΔI_j,j+1為子波從第j個測點傳播至第j+1個測點過程中的損耗能量，I_j和I_j+1分別為子波在第j個和第j+1個測點處的單位面積上傳播的能量，其計算公式見式(3)；

式(3)中，I為子波在測點處單位面積上沿傳播方向傳播的能量，ρ為巖塊密度，v(t_i)為t_i時刻的測點振動速度，Δt為振動波形的采樣時間間隔，T為子波波形持續時長，C為子波傳播速度；子波波形持續時長的確定條件是：當時間t＞T，振動波形的振幅小于子波全波形的振幅的0.01倍；子波傳播速度C的計算公式見式(4)；

式(4)中，C為子波傳播速度，ρ為巖塊密度，f為子波的峰值頻率，E為巖塊彈性模量，η為巖體的黏性系數；

第4步：試算巖體的黏性系數

給定節理巖體黏性系數的初值η₍₀₎，將黏性系數初值η₍₀₎、巖塊彈性模量、巖塊密度和子波峰值頻率代入式(4)計算節理巖體的子波傳播速度C；根據節理巖體的子波傳播速度C和測點的速度波形，由式(2)計算子波從第j個測點傳播至第j+1個測點過程中的損耗能量ΔI_j,j+1，將損耗能量ΔI_j,j+1代入式(5)計算第j個和第j+1個測點之間的節理巖體的黏性系數η_j,j+1，

式(5)中，η_j,j+1為第j個和第j+1個測點之間的巖體的黏性系數，ΔI_j,j+1和S_j,j+1分別為子波從第j個測點傳播至第j+1個測點過程中的損耗能量和損耗系數，損耗系數的計算公式見式(6)，

式(6)中，S_j,j+1為子波從第j個測點傳播至第j+1個測點過程中的損耗系數，u為測點的振動位移，u的下標表示測點編號，u的上標表示采樣時刻，Δt為振動波形的采樣時間間隔，l_j,j+1為第j個和第j+1個測點的間距，T為子波波形持續時長；計算時長的確定條件是：當時間t＞T，振動波形的振幅小于子波全波形的振幅的0.01倍；

第5步：確定巖體的黏性系數

從第1列子波開始，第一次采用第4步計算得到節理巖體的黏性系數η₍₁₎，將黏性系數η₍₁₎、巖塊彈性模量、巖塊密度和子波峰值頻率代入式(4)計算節理巖體的子波傳播速度C；按照第4步再次計算，得到節理巖體的黏性系數η₍₂₎，按照計算η₍₂₎相同步驟，重復計算其它黏性系數；設定黏性系數迭代計算過程的相對誤差的許可值[ξ]，當后一次計算得到的黏性系數η_(m)與前一次計算得到的黏性系數η_(m-1)的相對誤差ξ＝|η_(m)-η_(m-1)|/η_(m-1)＜[ξ]，結束迭代計算黏性系數，由此確定基于第1列子波計算得到的兩測點間節理巖體黏性系數為η_(m)；按照第1列子波計算節理巖體黏性系數相同步驟計算其余各列子波對應的黏性系數，擬合子波峰值頻率與黏性系數的關系曲線，得到巖體黏性系數隨頻率變化的非定常函數關系。