基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于巖石性能測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法。目的是準(zhǔn)確識(shí)別啟裂強(qiáng)度值。該方法包括：制備圓柱形的巖石試件；將巖石試件安裝在壓力機(jī)的試樣臺(tái)上，并在該巖樣中部安裝聲發(fā)射傳感器；對(duì)巖石試件進(jìn)行單軸加載，保持聲發(fā)射監(jiān)測(cè)與加載過(guò)程同步進(jìn)行，實(shí)時(shí)采集軸向應(yīng)力和累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)數(shù)據(jù)；獲取累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化曲線；繪制軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)的關(guān)系曲線；根據(jù)關(guān)系曲線計(jì)算累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值；繪制累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值與軸向應(yīng)力的關(guān)系圖，圖中累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為巖石的啟裂強(qiáng)度。該方法去除了用戶的主觀判斷，保證了求解的唯一性。
【專利說(shuō)明】基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖石性能測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石受力破壞過(guò)程是其內(nèi)部微破裂萌生、擴(kuò)展和貫通的過(guò)程。其在壓縮條件下的損傷和破壞過(guò)程可主要?jiǎng)澐譃閹讉€(gè)重要階段:(I)裂隙閉合；(2)彈性變形；(3)裂隙初始；(4)裂隙穩(wěn)定發(fā)展；(5)裂隙貫通；(6)非穩(wěn)定裂隙發(fā)展；(7)破壞；⑶破壞后階段。其中，裂隙初始所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力水平稱為巖石啟裂強(qiáng)度。啟裂強(qiáng)度(σ ci)是巖石在壓縮破壞過(guò)程中的重要特征應(yīng)力值之一，合理確定該應(yīng)力值對(duì)于描述巖石的力學(xué)行為以及預(yù)測(cè)地下工程開(kāi)挖邊界附近的劈裂破壞具有重要意義。目前，國(guó)際巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)(ISRM)建立了劈裂破壞預(yù)測(cè)(Commission on Spall Predictions)委員會(huì),該委員會(huì)的重要目標(biāo)之一是提出巖石啟裂強(qiáng)度的確定方法。然而到目前為止，國(guó)際上還尚未形成明確的建議方法來(lái)確定巖石在單軸壓縮條件下的啟裂強(qiáng)度。
[0003]現(xiàn)有測(cè)定巖石在單軸壓縮條件下啟裂強(qiáng)度的方法主要包括應(yīng)力應(yīng)變法和聲發(fā)射法兩類。應(yīng)力應(yīng)變法是利用粘貼在巖石試件表面的軸向和橫向應(yīng)變片，或安裝在巖石試件上的縱向和橫向引伸計(jì)，在單軸壓縮過(guò)程中記錄軸向應(yīng)力，并分別測(cè)量其兩個(gè)方向的應(yīng)變，然后繪制軸向應(yīng)力和應(yīng)變(軸向、橫向和體積應(yīng)變)關(guān)系曲線，并在體積應(yīng)變-軸向應(yīng)力曲線上做切線，當(dāng)曲線偏離切線時(shí)對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)力即為巖石的啟裂強(qiáng)度。然而，應(yīng)力應(yīng)變法強(qiáng)烈依賴于體積應(yīng)變與軸向應(yīng)力關(guān)系曲線的形態(tài)，當(dāng)電壓信號(hào)不穩(wěn)定而導(dǎo)致應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，便不能準(zhǔn)確判別偏離線點(diǎn)的位置。此外，該方法在很大程度上具有主觀性，其強(qiáng)烈依賴于用戶對(duì)此偏離點(diǎn)的肉眼判斷，由此得出的啟裂強(qiáng)度值便不再客觀。研究表明，巖石破裂過(guò)程中產(chǎn)生大量的聲發(fā)射信息，采用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖石材料內(nèi)部微破裂的動(dòng)態(tài)演化，根據(jù)巖石聲發(fā)射信號(hào)的變化可反映巖石的變形和破壞的基本特征，并建立聲發(fā)射信號(hào)和巖石破裂過(guò)程的相互關(guān)系，以此研究巖石的破壞機(jī)制。在聲發(fā)射方法中，多米用以柱狀圖顯示的實(shí)時(shí)聲發(fā)射參數(shù)的變化來(lái)確定巖石的啟裂強(qiáng)度。其判讀的依據(jù)是:在單軸加載初始階段，聲發(fā)射信號(hào)微弱，隨著軸向壓力的增大，巖石開(kāi)始出現(xiàn)一次顯著的聲發(fā)射事件，此時(shí)對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)力即為巖石的啟裂強(qiáng)度。然而，由于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)信號(hào)對(duì)于巖石受力響應(yīng)的高度敏感性以及背景噪聲的干擾，巖石在孔隙裂隙壓密階段和彈性變形階段也可能檢測(cè)出較強(qiáng)的聲發(fā)射信號(hào)，從而干擾了對(duì)于啟裂強(qiáng)度值的準(zhǔn)確識(shí)別。因此，本發(fā)明就是在這種情況下，開(kāi)發(fā)了一種基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，對(duì)啟裂強(qiáng)度值進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:[0006]基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，依次包括以下步驟:
[0007]步驟S1:制備圓柱形的巖石試件；
[0008]步驟S2:將巖石試件安裝在壓力機(jī)的試樣臺(tái)上，并在該巖樣中部安裝聲發(fā)射傳感器；
[0009]步驟S3:對(duì)巖石試件進(jìn)行單軸加載，保持聲發(fā)射監(jiān)測(cè)與加載過(guò)程同步進(jìn)行，實(shí)時(shí)采集軸向應(yīng)力和累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)數(shù)據(jù)；
[0010]步驟S4:獲取累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化曲線；
[0011]步驟S5:繪制軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)的關(guān)系曲線；
[0012]步驟S6:根據(jù)關(guān)系曲線計(jì)算累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值；
[0013]步驟S7:繪制累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值與軸向應(yīng)力的關(guān)系圖，圖中累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為巖石的啟裂強(qiáng)度。
[0014]如上所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其中:所述步驟S6具體分為:
[0015]步驟S (6.1)找出求解巖石啟裂強(qiáng)度的上限點(diǎn):根據(jù)步驟S5所得結(jié)果，從關(guān)系曲線中下凹階段的任一點(diǎn)開(kāi)始至曲線末點(diǎn)，作曲線上各點(diǎn)與原點(diǎn)連線，取連線斜率最小值點(diǎn)作為求解巖石啟裂強(qiáng)度的上限點(diǎn)；
[0016]步驟S (6.2):找出求解巖石啟裂強(qiáng)度的下限點(diǎn):根據(jù)步驟S6所得結(jié)果，從曲線上記錄的第一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始至上限點(diǎn)前一點(diǎn)結(jié)束，作各點(diǎn)與上限點(diǎn)連線，取連線斜率最小值點(diǎn)為求解巖石啟裂強(qiáng)度的下限點(diǎn)；
[0017]步驟S (6.3):根據(jù)步驟S (6.1)和步驟(S6.2)所得結(jié)果，連接關(guān)系曲線中的上限點(diǎn)與下限點(diǎn)的連線作為參考線；
[0018]步驟S (6.4):根據(jù)步驟S (6.3)所得結(jié)果，計(jì)算關(guān)系曲線上的上下限之間累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)與相同應(yīng)力水平下參考線對(duì)應(yīng)的累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)之差，即累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值。
[0019]如上所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其中:所述步驟S4中的變化曲線包括如下三種不同形態(tài):
[0020](a)曲線上的切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大逐漸減小，曲線呈下凹形；
[0021](b)隨后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大趨于恒定，呈直線形；
[0022](c)隨后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大而逐漸增加，呈上凹形。
[0023]如上所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其中:所述巖石試件的高度與直徑比為2:1。
[0024]如上所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其中:所述累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)在所述巖石試件上安裝聲發(fā)射傳感器采集，使聲發(fā)射傳感器壓電陶瓷表面與巖石試件表面直接接觸，接觸面涂有一薄層凡士林作為耦合劑。
[0025]如上所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其中:所述壓力機(jī)為長(zhǎng)春朝陽(yáng)試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為TAW-2000微機(jī)控制電液伺服巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)。
[0026]本發(fā)明為識(shí)別巖石在壓縮條件下的啟裂強(qiáng)度提供了一種新方法，其特點(diǎn)如下:1、不再使用應(yīng)變測(cè)量，而是利用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)和常規(guī)壓縮試驗(yàn)為技術(shù)手段，以軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)的變化關(guān)系為判讀依據(jù)；2、該方法去除了用戶的主觀判斷，保證了求解的唯一性。3、該方法不必將巖石試件加壓至宏觀破壞，從而節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間，簡(jiǎn)單高效，易于推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明提供的一種基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法的流程圖；
[0028]圖2為本發(fā)明中單軸壓縮條件下聲發(fā)射傳感器的位置圖；
[0029]圖3為本發(fā)明中單軸壓縮條件下中細(xì)粒含斑黑云母花崗閃長(zhǎng)巖累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系圖；
[0030]圖4為本發(fā)明中單軸壓縮條件下利用軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線求解中細(xì)粒含斑黑云母花崗閃長(zhǎng)巖啟裂強(qiáng)度上限圖；
[0031]圖5為本發(fā)明中單軸壓縮條件下利用軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線求解中細(xì)粒含斑黑云母花崗閃長(zhǎng)巖啟裂強(qiáng)度下限圖；
[0032]圖6為本發(fā)明中單軸壓縮條件下中細(xì)粒含斑黑云母花崗閃長(zhǎng)巖軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線中的上下限區(qū)間局部放大圖；
[0033]圖7為本發(fā)明中單軸壓縮條件下中細(xì)粒含斑黑云母花崗閃長(zhǎng)巖軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值的關(guān)系曲線圖；
[0034]圖8為本發(fā)明中單軸壓縮條件下含斑中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系圖；
[0035]圖9為本發(fā)明中單軸壓縮條件下試件利用軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線求解含斑中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖啟裂強(qiáng)度上限圖；
[0036]圖10為本發(fā)明中單軸壓縮條件下利用軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線求解含斑中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖啟裂強(qiáng)度下限圖；
[0037]圖11為本發(fā)明中單軸壓縮條件下含斑中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線中的上下限區(qū)間局部放大圖；
[0038]圖12為本發(fā)明中單軸壓縮條件下含斑中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值的關(guān)系曲線圖；
[0039]圖13為本發(fā)明中單軸壓縮條件下粗?；◢忛W長(zhǎng)巖累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系圖；
[0040]圖14為本發(fā)明中單軸壓縮條件下利用軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線求解粗?；◢忛W長(zhǎng)巖啟裂強(qiáng)度上限圖；
[0041]圖15為本發(fā)明中單軸壓縮條件下利用軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線求解粗粒花崗閃長(zhǎng)巖啟裂強(qiáng)度下限圖；
[0042]圖16為本發(fā)明中單軸壓縮條件下粗?；◢忛W長(zhǎng)巖軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線中的上下限區(qū)間局部放大圖；
[0043]圖17為本發(fā)明中單軸壓縮條件下粗粒花崗閃長(zhǎng)巖軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值的關(guān)系曲線圖；
[0044]圖中，1.巖樣,2.聲發(fā)射傳感器,3.凡士林。【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0046]如圖1所示，一種基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，依次包括以下步驟:
[0047]步驟S1:對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆取的完整巖芯進(jìn)行加工，制備圓柱形的巖石試件；
[0048]步驟S2:將巖石試件安裝在壓力機(jī)的試樣臺(tái)上，并在該巖樣中部安裝聲發(fā)射傳感器，通常使聲發(fā)射傳感器壓電陶瓷表面與試件表面直接接觸，接觸面涂有一薄層凡士林作為耦合劑；
[0049]步驟S3:對(duì)巖石試件進(jìn)行單軸加載，保持聲發(fā)射監(jiān)測(cè)與加載過(guò)程同步進(jìn)行，實(shí)時(shí)采集軸向應(yīng)力和累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)數(shù)據(jù)；
[0050]步驟S4:獲取累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化曲線。在初始加載階段，曲線上的切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大逐漸減小，曲線呈下凹形，其表征巖石內(nèi)部孔隙裂隙處于壓密階段；隨后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大趨于恒定，呈直線形，其表征巖石彈性變形階段；隨后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大而逐漸增加，呈上凹形，其表征巖石裂隙穩(wěn)定增長(zhǎng)階段。當(dāng)曲線具備上述三種不同形態(tài)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束；
[0051]步驟S5:繪制軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)的關(guān)系曲線；
[0052]步驟S6:根據(jù)關(guān)系曲線計(jì)算累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值；具體分為:
[0053]步驟S (6.1)找出求解巖石啟裂強(qiáng)度的上限點(diǎn):根據(jù)步驟S5所得結(jié)果，從關(guān)系曲線中下凹階段的任一點(diǎn)開(kāi)始至曲線末點(diǎn)，作曲線上各點(diǎn)與原點(diǎn)連線，取連線斜率最小值點(diǎn)作為求解巖石啟裂強(qiáng)度的上限點(diǎn)；
[0054]步驟S (6.2):找出求解巖石啟裂強(qiáng)度的下限點(diǎn):根據(jù)步驟S6所得結(jié)果，從曲線上記錄的第一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始至上限點(diǎn)前一點(diǎn)結(jié)束，作各點(diǎn)與上限點(diǎn)連線，取連線斜率最小值點(diǎn)為求解巖石啟裂強(qiáng)度的下限點(diǎn)；
[0055]步驟S (6.3):根據(jù)步驟S (6.1)和步驟(S6.2)所得結(jié)果，連接關(guān)系曲線中的上限點(diǎn)與下限點(diǎn)的連線作為參考線；
[0056]步驟S (6.4):根據(jù)步驟S (6.3)所得結(jié)果，計(jì)算關(guān)系曲線上的上下限之間累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)與相同應(yīng)力水平下參考線對(duì)應(yīng)的累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)之差，即累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)
差值;
[0057]步驟S7:繪制累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值與軸向應(yīng)力的關(guān)系圖，圖中累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為巖石的啟裂強(qiáng)度。
[0058]下面對(duì)不同巖石進(jìn)行操作說(shuō)明計(jì)算過(guò)程:
[0059](一)為單軸壓縮條件下采用累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)確定中細(xì)粒含斑黑云母花崗閃長(zhǎng)巖的啟裂強(qiáng)度，現(xiàn)進(jìn)行以下操作:
[0060](I)對(duì)新疆高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)預(yù)選區(qū)鉆取的完整巖芯進(jìn)行加工，制備成高度與直徑比為2:1的圓柱形巖石試件,本例米用的巖石試件直徑為50mm,高為100mm,巖石類型為中細(xì)粒含斑黑云母花崗閃長(zhǎng)巖。
[0061](2)將巖石試件安裝在壓力機(jī)的試樣臺(tái)上,壓力機(jī)型號(hào)為TAW-2000 (長(zhǎng)春朝陽(yáng)試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn))。[0062](3)如圖2所示，在該巖樣I中部安裝I個(gè)聲發(fā)射傳感器2，傳感器型號(hào)為:MiCix)30(美國(guó)物理聲學(xué)公司生產(chǎn))，使聲發(fā)射傳感器壓電陶瓷表面與巖樣表面直接接觸，接觸面有一薄層凡士林3作為稱合劑。
[0063](4)采用壓力機(jī)的荷載控制模式對(duì)試件進(jìn)行單軸加載，加載速率設(shè)為0.75MPa/s,保持聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄與壓力機(jī)加載過(guò)程同步，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)型號(hào)為:PC1-2 (美國(guó)物理聲學(xué)公司生產(chǎn))。
[0064](5)如圖3所示，在聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的顯示屏上觀察聲累計(jì)發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化曲線(橫軸為時(shí)間，縱軸為累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù))，在初始加載階段，曲線上的切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大逐漸減小，曲線呈下凹形，其表征巖石內(nèi)部孔隙裂隙壓密階段；隨后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大趨于恒定，呈直線形，其表征巖石彈性變形階段；最后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大而逐漸增加，呈上凹形，其表征巖石裂隙穩(wěn)定增長(zhǎng)階段。當(dāng)曲線具備上述三種不同形態(tài)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。
[0065](6)如圖4所示，根據(jù)步驟(5)所得結(jié)果，繪制軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線圖。
[0066](7)如圖4所示，從關(guān)系曲線a中下凹階段的任一點(diǎn)b開(kāi)始至曲線末點(diǎn)c結(jié)束，作這些數(shù)據(jù)點(diǎn)與原點(diǎn)d的連線，取連線斜率最小值點(diǎn)e為求解啟裂強(qiáng)度的上限點(diǎn)；
[0067](8)如圖5所示，從曲線第一個(gè)點(diǎn)a開(kāi)始至上限點(diǎn)的前一數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)束，作這些數(shù)據(jù)點(diǎn)與上限點(diǎn)b連線，取連線斜率最小值點(diǎn)c為求解啟裂強(qiáng)度的下限點(diǎn)；
[0068](9)如圖6所示，連接曲線中的下限點(diǎn)a與上限點(diǎn)b，形成一條直線C，即為參考線。
[0069](10)如圖6所示，在關(guān)系曲線上的求解啟裂強(qiáng)度的上下限之間，計(jì)算累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)值與相同應(yīng)力水平下參考線對(duì)應(yīng)的累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)值之差，即為累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值d ；
[0070](11)如圖7所示，做出上限點(diǎn)a與下限點(diǎn)b之間累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值與軸向應(yīng)力的關(guān)系圖，圖中累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值的峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為巖石的啟裂強(qiáng)度d。
[0071](二)為單軸壓縮條件下采用累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)確定含斑中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖的啟裂強(qiáng)度，現(xiàn)進(jìn)行以下操作:
[0072](I)對(duì)新疆高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)預(yù)選區(qū)鉆取的完整巖芯進(jìn)行加工，制備成高度與直徑比為2:1的圓柱形巖石試件,本例米用的巖石試件直徑為50mm,高為100mm,巖石類型為含斑中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖。
[0073](2)將巖石試件安裝在壓力機(jī)的試樣臺(tái)上,壓力機(jī)型號(hào)為TAW-2000 (長(zhǎng)春朝陽(yáng)試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn))。
[0074](3)如圖2所示，在該巖樣I中部安裝I個(gè)聲發(fā)射傳感器2，傳感器型號(hào)為:MiCix)30(美國(guó)物理聲學(xué)公司生產(chǎn))，使聲發(fā)射傳感器壓電陶瓷表面與巖樣表面直接接觸，接觸面有一薄層凡士林3作為稱合劑。
[0075](4)采用壓力機(jī)的荷載控制模式對(duì)試件進(jìn)行單軸加載，加載速率設(shè)為0.75MPa/s,保持聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄與壓力機(jī)加載過(guò)程同步，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)型號(hào)為:PC1-2 (美國(guó)物理聲學(xué)公司生產(chǎn))。
[0076](5)如圖8所示，在聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的顯示屏上觀察聲累計(jì)發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化曲線(橫軸為時(shí)間，縱軸為累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù))，在初始加載階段，曲線上的切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大逐漸減小，曲線呈下凹形，其表征巖石內(nèi)部孔隙裂隙壓密階段；隨后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大趨于恒定，呈直線形，其表征巖石彈性變形階段；最后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大而逐漸增加，呈上凹形，其表征巖石裂隙穩(wěn)定增長(zhǎng)階段。當(dāng)曲線具備上述三種不同形態(tài)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。
[0077](6)如圖9所示，根據(jù)步驟(5)所得結(jié)果，繪制軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線圖。
[0078](7)如圖9所示，從關(guān)系曲線a中下凹階段的任一點(diǎn)b開(kāi)始至曲線末點(diǎn)c結(jié)束，作這些數(shù)據(jù)點(diǎn)與原點(diǎn)d的連線，取連線斜率最小值點(diǎn)e為求解啟裂強(qiáng)度的上限點(diǎn)；
[0079](8)如圖10所示，從曲線第一個(gè)點(diǎn)a開(kāi)始至上限點(diǎn)的前一數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)束，作這些數(shù)據(jù)點(diǎn)與上限點(diǎn)b連線，取連線斜率最小值點(diǎn)c為求解啟裂強(qiáng)度的下限點(diǎn)；
[0080](9)如圖11所示，連接曲線中的下限點(diǎn)a與上限點(diǎn)b，形成一條直線C，即為參考線。
[0081](10)如圖11所示，在關(guān)系曲線上的求解啟裂強(qiáng)度的上下限之間，計(jì)算累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)值與相同應(yīng)力水平下參考線對(duì)應(yīng)的累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)值之差，即為累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值d ；
[0082](11)如圖12所示，做出上限點(diǎn)a與下限點(diǎn)b之間累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值與軸向應(yīng)力的關(guān)系圖，圖中累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值的峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為巖石的啟裂強(qiáng)度d。
[0083](三)為單軸壓縮條件下采用累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)確定粗?；◢忛W長(zhǎng)巖的啟裂強(qiáng)度，現(xiàn)進(jìn)行以下操作:
[0084](I)對(duì)甘肅北山高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)預(yù)選區(qū)鉆取的完整巖芯進(jìn)行加工，制備成高度與直徑比為2:1的圓柱形巖石試件,本例米用的巖石試件直徑為50mm,高為100mm,巖石類型為粗?；◢忛W長(zhǎng)巖。
[0085](2)將巖石試件安裝在壓力機(jī)的試樣臺(tái)上,壓力機(jī)型號(hào)為TAW-2000 (長(zhǎng)春朝陽(yáng)試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn))。
[0086](3)如圖2所不,在該巖樣I中部安裝I個(gè)聲發(fā)射傳感器2,傳感器型號(hào)為:Micro30(美國(guó)物理聲學(xué)公司生產(chǎn))，使聲發(fā)射傳感器壓電陶瓷表面與巖樣表面直接接觸，接觸面有一薄層凡士林3作為稱合劑。
[0087](4)采用壓力機(jī)的荷載控制模式對(duì)試件進(jìn)行單軸加載，加載速率設(shè)為0.75MPa/s,保持聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄與壓力機(jī)加載過(guò)程同步，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)型號(hào)為:PC1-2 (美國(guó)物理聲學(xué)公司生產(chǎn))。
[0088](5)如圖13所示，在聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的顯示屏上觀察聲累計(jì)發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化曲線(橫軸為時(shí)間，縱軸為累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù))，在初始加載階段，曲線上的切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大逐漸減小，曲線呈下凹形，其表征巖石內(nèi)部孔隙裂隙壓密階段；隨后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大趨于恒定，呈直線形，其表征巖石彈性變形階段；最后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大而逐漸增加，呈上凹形，其表征巖石裂隙穩(wěn)定增長(zhǎng)階段。當(dāng)曲線具備上述三種不同形態(tài)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。
[0089](6)如圖14所示，繪制軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)關(guān)系曲線圖。
[0090](7)如圖14所示，從關(guān)系曲線a中下凹階段的任一點(diǎn)b開(kāi)始至曲線末點(diǎn)c結(jié)束，作這些數(shù)據(jù)點(diǎn)與原點(diǎn)d的連線，取連線斜率最小值點(diǎn)e為求解啟裂強(qiáng)度的上限點(diǎn)；[0091](8)如圖15所示，從曲線第一個(gè)點(diǎn)a開(kāi)始至上限點(diǎn)的前一數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)束，作這些數(shù)據(jù)點(diǎn)與上限點(diǎn)b連線，取連線斜率最小值點(diǎn)c為求解啟裂強(qiáng)度的下限點(diǎn)；
[0092](9)如圖16所示，連接曲線中的下限點(diǎn)a與上限點(diǎn)b，形成一條直線C，即為參考線。
[0093](10)如圖16所示，在關(guān)系曲線上的求解啟裂強(qiáng)度的上下限之間，計(jì)算累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)值與相同應(yīng)力水平下參考線對(duì)應(yīng)的累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)值之差，即為累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值d ；
[0094](11)如圖17所示，做出上限點(diǎn)a與下限點(diǎn)b之間累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值與軸向應(yīng)力的關(guān)系圖，圖中累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值的峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為巖石的啟裂強(qiáng)度d。
【權(quán)利要求】
1.基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，依次包括以下步驟: 步驟S1:制備圓柱形的巖石試件； 步驟S2:將巖石試件安裝在壓力機(jī)的試樣臺(tái)上，并在該巖樣中部安裝聲發(fā)射傳感器；步驟S3:對(duì)巖石試件進(jìn)行單軸加載，保持聲發(fā)射監(jiān)測(cè)與加載過(guò)程同步進(jìn)行，實(shí)時(shí)采集軸向應(yīng)力和累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)數(shù)據(jù)； 步驟S4:獲取累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)隨時(shí)間的變化曲線； 步驟S5:繪制軸向應(yīng)力與累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)的關(guān)系曲線； 步驟S6:根據(jù)關(guān)系曲線計(jì)算累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值； 步驟S7:繪制累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值與軸向應(yīng)力的關(guān)系圖，圖中累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值峰值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為巖石的啟裂強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其特征在于:所述步驟S6具體分為: 步驟S (6.1)找出求解巖石啟裂強(qiáng)度的上限點(diǎn):根據(jù)步驟S5所得結(jié)果，從關(guān)系曲線中下凹階段的任一點(diǎn)開(kāi)始至曲線末點(diǎn)，作曲線上各點(diǎn)與原點(diǎn)連線，取連線斜率最小值點(diǎn)作為求解巖石啟裂強(qiáng)度的上限點(diǎn)； 步驟S (6.2):找出求解巖石啟裂強(qiáng)度的下限點(diǎn):根據(jù)步驟S6所得結(jié)果，從曲線上記錄的第一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始至上限點(diǎn)前一點(diǎn)結(jié)束，作各點(diǎn)與上限點(diǎn)連線，取連線斜率最小值點(diǎn)為求解巖石啟裂強(qiáng)度的下限點(diǎn)； 步驟S (6.3):根據(jù)步驟S (6.1)和步驟(S6.2)所得結(jié)果，連接關(guān)系曲線中的上限點(diǎn)與下限點(diǎn)的連線作為參考線； 步驟S (6.4):根據(jù)步驟S (6.3)所得結(jié)果，計(jì)算關(guān)系曲線上的上下限之間累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)與相同應(yīng)力水平下參考線對(duì)應(yīng)的累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)之差，即累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)差值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其特征在于:所述步驟S4中的變化曲線包括如下三種不同形態(tài): Ca)曲線上的切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大逐漸減小，曲線呈下凹形； (b)隨后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大趨于恒定，呈直線形； (C)隨后切線斜率隨軸向應(yīng)力的增大而逐漸增加，呈上凹形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其特征在于:所述巖石試件的高度與直徑比為2:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其特征在于:所述累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)在所述巖石試件上安裝聲發(fā)射傳感器采集，使聲發(fā)射傳感器壓電陶瓷表面與巖石試件表面直接接觸，接觸面涂有一薄層凡士林作為耦合劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于累計(jì)聲發(fā)射撞擊數(shù)客觀確定巖石啟裂強(qiáng)度的方法，其特征在于:所述壓力機(jī)為長(zhǎng)春朝陽(yáng)試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為TAW-2000微機(jī)控制電液伺服巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK103760024SQ201410042870
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】趙星光, 李鵬飛, 馬利科, 謝敬禮, 宗自華, 蘇銳, 王駒 申請(qǐng)人:核工業(yè)北京地質(zhì)研究院