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原文传递一种岩体实时波速测定及质量评价的方法

专利名称：	一种岩体实时波速测定及质量评价的方法
摘要：	一种岩体实时波速测定及质量评价的方法，属于岩体工程技术领域。技术要点：在不同超声波发送位置、不同时间不断按动超声波发送装置的按钮，并且不断计算每次超声波传播到每个传感器的的速度，根据波速、衰减系数、波形、频率、频谱及振幅等参数变化值可反演得到岩土体的物理力学指标及细观结构特征，如孔隙、裂隙的变化情况，进而分析矿山岩体稳定情况。有益效果：本发明结合微震系统，只需布置超声波发送系统即可完成测试，操作简单，价格低廉，实用性强；应用超声波检测技术在岩土测试领域有很强的优势，超声波同时具有几何声学和物理声学的特性，声波的方向性好，能量高；灵活性高，可手动控制测试时间、测试频率、测试深度以及测试位置。
专利类型：	发明专利
申请人：	大连理工大学
发明人：	唐世斌;李佳明;王嘉戌;孙康
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010051553.5
公开号：	CN111208198A
代理机构：	大连智高专利事务所(特殊普通合伙)
代理人：	马庆朝
分类号：	G01N29/04;G01N29/30;G01H5/00;G;G01;G01N;G01H;G01N29;G01H5;G01N29/04;G01N29/30;G01H5/00
申请人地址：	116023 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
主权项：	1.一种岩体实时波速测定及质量评价的方法，其特征在于，步骤如下： S1、确定微震系统中n个传感器的坐标：A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)、D(x4,y4,z4)、E(x5,y5,z5)……n(xn,yn,zn)，n为正整数； S2、在预定的位置钻入一定深度的孔，坐标记为0(x0,y0,z0)，然后插入超声波发送装置，根据每个传感器的坐标和超声波发送位置的坐标计算每个传感器与超声波发送位置的距离，计算公式如下： S3、按动超声波发送装置的按钮，发送超声波，按动同时，超声波发送装置的计时器同时计时，输出初始时间为t0； S4、各个传感器开始接收到信号，A、B、C、D、E……接收到信号的时间分别为t1、t2、t3、t4、t5……； S5、根据每个传感器与超声波发送位置的距离hn与每个传感器与超声波发送位置所接受的时间差，计算超声波在岩体中的传播速度vn,计算公式如下： hn＝vn(tn-t0) 其中，xn，yn，zn表示第n个传感器的坐标；x0，y0，z0表示超声波发送位置的坐标；tn表示传感器接收到超声波信号的时间；t0表示超声波发送位置发出的时间；vn表示在超声波发送位置在岩体中的传播速度； S6、在不同超声波发送位置、不同时间不断按动超声波发送装置的按钮，并且不断计算每次超声波传播到每个传感器的速度，根据波速、岩体损伤度、孔隙率、裂隙系数反演得到岩土体的物理力学指标及细观结构特征，进而分析矿山岩体稳定情况。 2.如权利要求1所述的岩体实时波速测定及质量评价的方法，其特征在于，根据不同传感器所得的波速分别绘制时间-波速的曲线，当波速是平稳不变、没有波动时，则岩体没有受到扰动，此时为安全状态；当波速开始增加，则岩体为压密阶段，即岩体内原有的张开性结构面或微裂隙受力后逐渐闭合，闭合后波在岩体中的传播速度增加；当波速达到最大值时岩体也达到最密实阶段，此时岩体内的孔隙裂隙体积最小；当波速逐渐降低，则岩体内部的孔隙、裂隙体积开始发育；当波速曲线为波动状态时，则岩体由内部裂隙扩展到表面宏观裂隙变化，岩体变形也逐渐增大，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面；当波速迅速降低时，则岩体发生破坏，产生相对滑移，岩体失稳。 3.如权利要求1所述的岩体实时波速测定及质量评价的方法，其特征在于，设完整岩石的弹性应变可表示为ε，即：式中：σc为完整岩石的单轴抗压强度；E为完整岩石的弹性模量；同理可得，受扰动损伤后岩体的弹性应变可表示为：式中：σcD为受损岩体的单轴抗压强度；E'为受损岩体的弹性模量；DR为受损岩体的损伤变量；由上两式可得：假设完整岩石与受损岩体的泊松比和密度近似相同,则完整岩石岩体与受损岩体的弹性变形近似相同,即： E'＝E(1-DR) 岩体的损伤度可以表示为：式中：E'为受损岩体的弹性模量；E为完整岩石的弹性模量；ε'受损岩体的弹性应变；ε为完整岩石的弹性应变；岩体由岩块与不规则的节理裂隙等结构面组成，结合损伤力学概念，视完整岩石为无损材料，受爆破震动影响的岩体为受损材料,则声波在完整岩块中的传播速度可表示为：式中：VP、Er'、μ、ρ分别为完整岩石的纵波速度、动弹性模量、比松比和密度；声波在受扰动损伤的岩体中的传播速度为：式中：VP'、Em'、μ'、ρ'分别为受爆破震动损伤后的岩体的纵波速度、动弹性模量、比松比和密度；假设岩体各向同性的情况下，岩块与岩体的泊松比和密度近似相同，则完整岩石与受爆破震动的岩体的静弹性模量和动弹性模量的比值相同，即：得到： Em＝Er(1-DR) 则扰动的破坏后岩体的损伤变量可以表示为：式中：为岩体的完整性系数。 4.如权利要求1所述的岩体实时波速测定及质量评价的方法，其特征在于，随着岩石孔隙率的增大，声速明显降低，波的能量也急剧衰减，声速V与孔隙率n之间存在如下关系：式中：Vf为裂隙中饱和液体的声波速度，单位是m/s；Vr为岩石骨架的声波速度，单位是m/s。 5.如权利要求1所述的岩体实时波速测定及质量评价的方法，其特征在于，岩体完整性系数Kv计算公式如下：式中：Vpm为岩体弹性纵波速度；Vpr为完整岩石的弹性纵波速度；利用Kv对岩体完整程度可分为五类：岩体基本质量分级(Kv)
所属类别：	发明专利