[发明专利]一种岩石时效劣化过程的测试方法

摘要

本发明涉及一种岩石时效劣化全过程的测试方法，测试方法通过在岩石试样两侧两个相互平行的侧平面上分别放置一组非承压声波发射和非承压接收探头并不间断地测量时效试验过程中岩石试样的横向波速，同时在岩石试样上端面和下端面上各放置一组承压声波发射和承压接收探头并不间断地测量时效试验过程中岩石试样的纵向波速，然后借助理论公式将测量获得的横向波速和纵向波速换算成岩石试样的横向弹性模量和纵向弹性模量，最后分别对横向弹性模量和纵向弹性模量进行数学回归分析，从而获得岩石试样的时效劣化规律的表达函数。该方法可以有效地观测岩石随时间发生细观劣化过程中的宏观特征，实现对岩石试样时效劣化的双向同步全过程无损测量。

主权项

一种岩石时效劣化过程的测试方法，包括通过测量声波在岩体中的传播速度分析岩石弹性模量的技术，其特征在于所述一种岩石时效劣化过程的测试方法包括以下步骤：A.声波探头的设置①在拟定进行时效试验的岩石试样(3)轴向的两个端面分别对称设置承压声波发射探头(2)和承压声波接收探头(5)，承压声波发射探头(2)和承压声波接收探头(5)分别位于岩石试样(3)的中心线上；②在拟定进行时效试验的岩石试样(3)的两侧的两个与岩石试样(3)轴线平行的对称平面上对称设置非承压声波发射探头(4)和非承压声波接收探头(7)，非承压声波发射探头(4)和非承压声波接收探头(7)的中心位置为岩石试样(3)的高度的二分之一处；B.岩石时效试验的加载和测量方法①将设置好承压声波发射探头(2)、承压声波接收探头(5)、非承压声波发射探头(4)和非承压声波接收探头(7)的岩石试样(3)放置在岩石压力试验机上端压头(1)和下端压头(6)之间并对岩石试样(3)按1.0～6.0MPa/分钟的速度施加荷载，当施加荷载达到已知岩石试样(3)的瞬时单轴抗压强度的75～85％时停止施加荷载，保持作用在岩石试样(3)端面上的荷载大小不变；②通过声波仪(8)读取并记录由非承压声波发射探头(4)和非承压声波接收探头(7)测量获得的岩石试样(3)的横向波速Vs1和对应时刻，通过声波仪(8)读取并记录由承压声波发射探头(2)和承压声波接收探头(5)测量获得的纵向波速Vp1和对应时刻；③保持作用在岩石试样(3)端面上的荷载大小恒定不变，前十二小时每隔二小时记录一次通过声波仪(8)读取由非承压声波发射探头(4)和非承压声波接收探头(7)测量获得的岩石试样(3)的横向波速Vs和对应时刻以及通 过声波仪(8)读取由承压声波发射探头(2)和承压声波接收探头(5)测量获得的纵向波速Vp和对应时刻，往后每八小时记录一次横向波速Vs和纵向波速Vp以及两个波速的对应时刻；④当测量记录的横向波速Vs相对于岩石试样(3)加载后的Vsl改变幅度超过10％时，或纵向波速Vp相对于岩石试样(3)加载后的Vp1改变幅度超过10％时，则通过声波仪(8)读取并记录由非承压声波发射探头(4)和非承压声波接收探头(7)测量岩石试样(3)的横向波速Vs和对应时刻以及通过声波仪(8)读取由承压声波发射探头(2)和承压声波接收探头(5)测量岩石试样(3)的纵向波速Vp和对应时刻的频率增大到每两小时一次；⑤当横向波速Vs相对于岩石试样(3)加载后的Vs1改变幅度超过20％时，或纵向波速Vp相对于岩石试样(3)加载后的Vp1改变幅度超过20％时，则通过声波仪(8)读取并记录非承压声波发射探头(4)和非承压声波接收探头(7)测量岩石试样(3)的横向波速Vs和对应时刻以及通过声波仪(8)读取由承压声波发射探头(2)和承压声波接收探头(5)测量岩石试样(3)的纵向波速Vp和对应时刻的频率加大到每一小时一次；⑥当岩石试样(3)在恒定荷载作用下连续七天内的纵向波速Vp和横向波速Vs分别相对于Vp1和Vs1的改变幅度均小于10％，则在原来荷载基础上增加作用在岩石试样(3)端面上的荷载，岩石试样(3)端面上的应力增量值为已知岩石试样(3)的瞬时单轴抗压强度5％；⑦如果岩石试样(3)未破坏，重复实施步骤第③～⑥，直到岩石试样(3)破坏后则停止试验；C.岩石时效试验的数据处理①在已知岩石试样(3)的平均泊松比ν和平均密度ρ后，将试验过程中获得的横向波速Vs和纵向波速Vp代入(式1)和(式2)，换算得到对应的岩 石试样(3)横向弹性模量值Es和纵向弹性模量值Ep；Es＝ρ(1+ν)(1‑2ν)(Vs)2/(1‑ν)    (式1)Ep＝ρ(1+ν)(1‑2ν)(Vp)2/(1‑ν)    (式2)②以测量时刻为横坐标，以测量时刻对应的岩石试样(3)的横向弹性模量Es为纵坐标，将所有试验过程中测量的横向声波波速Vs换算得出的岩石试样(3)的横向弹性模量Es绘制在同一张图上，获得劣化全过程试验中的岩石试样(3)的横向弹性模量一时间的演化曲线，并通过最小二乘法对试验数据进行函数拟合，从而获得岩石试样(3)时效劣化过程中的横向弹性模量劣化规律；③以测量时刻为横坐标，以测量时刻对应的岩石试样(3)的纵向弹性模量Ep为纵坐标，将所有试验过程中测量的纵向声波波速Vp换算得出的岩石试样(3)的纵向弹性模量Ep绘制在同一张图上，获得劣化全过程试验中岩石试样(3)的纵向弹性模量一时间的演化曲线，并通过最小二乘法对试验数据进行函数拟合，从而获得岩石试样(3)的时效劣化过程中的纵向弹性模量劣化规律。