[发明专利]一种测量岩石压缩裂纹扩展过程声波波速的连续测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩石力学实验中的加载过程波速测试，特别适合于分析岩石压缩过程中由于裂纹扩展而引起波速的变化，特别适合于预制裂纹岩石试样压缩过程中裂纹扩展而引起的波速变化研究。

技术背景

在振动作用下，除了震源附近，材料中会产生相应的瞬间微应变，从而可以假定为弹性。从这个假定出发，振动波在材料中的传播速度由材料的弹性参数和密度决定。根据弹性理论，材料中波速与弹性参数之间的关系为：

vp=E(1-μ)ρ(1-μ)(1-2μ)---(1)]]>

vs=E2ρ(1+μ)---(2)]]>

式中：v_p纵波速度；v_s横波速度；E弹性模量；μ泊松比。

岩石的纵波波速、横波波速参数能较好地反映岩石的致密程度、强度特性、裂纹发育等情况。因此，在岩石力学实验研究和岩体工程实践中，得到了广泛的运用。《工程岩体试验方法标准》(GB/T 50266-99)、《水利水电工程岩石试验规程》(SL264-2001)都把岩石(块)声波测试和岩体声波测试作为基本测试内容，分别如图1A、1B、1C和图2所示。在地下岩体工程特别是煤矿采掘工程中，岩体松动圈测试就是利用波速在不同松动破坏程度、不同裂纹扩展程度岩体中的波速差异来判断岩体松动圈范围。声波波速的测量是将声波发射探头和声波接收探头通过耦合剂紧贴岩石表面，通过测量声波在发射探头和接受探头之间的传播时间t，并测量两个探头之间的距离S，计算测试岩石中的声波波速。

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

然而，目前在岩石(块)、岩体中进行的测试都是静态的波速测试，即岩石在确定的外部环境下，不变的内部结构条件下进行波速测试。

图3A、3B、3C和3D分别为花岗岩(Westerly Granite)中的轴向微裂纹、花岗岩(Lac du Bonnet Granite)压缩试样中的裂纹、二云英片岩(Quartz Mica Schist)单轴压缩试验的轴向裂纹和最大主应力垂直条件下洞室开挖洞壁附近剥落破坏示意图。在单轴压缩或低围压应力条件下，岩石等脆性材料(混凝土、玻璃、冰等等)首先产生张拉裂纹，并优先沿加载方向发育。这一结论已经被大量的研究所证实。例如：