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一种测定岩石岩爆弹性变形能指标的方法

阅读:38发布:2023-03-02

专利汇可以提供一种测定岩石岩爆弹性变形能指标的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 是一种测定 岩石 岩爆弹性变性能指标的方法,将岩石加工成六面体试 块 ;在试块垂直压 力 机加载方向上,选择两个对立侧面黏贴发射换能器和接收换能器;发射换能器和接收换能器连接至岩石 声波 参数测定仪,测定即时的岩石 波速 ;在单轴加载过程中,使压力机的压头与岩石试样刚好 接触 ;将压力机和岩石声波参数测定仪启动,压力机记录岩石压力与加载时间和应变的关系,岩石声波参数测定仪测定波速与加载时间的对应关系;通过“ 应力 —时间”和“波速—时间”,间接建立“应力—波速”的关系曲线,通过分析,即找出当应力达到试件强度的80%~90%时所对应的岩石波速值。本发明可以更准确的计算Wet的数值和准确判断岩石的岩爆倾向性。,下面是一种测定岩石岩爆弹性变形能指标的方法专利的具体信息内容。

1.一种测定岩石岩爆弹性变性能指标的方法,其步骤为:(1)将岩石加工成六面体试,试块表面应平整光滑,没有明显的节理面;
(2)将试块竖着放在压机上,在试块垂直压力机加载方向上,选择两个对立侧面,分别黏贴两个非承压式换能器,分别作为发射换能器和接收换能器;
(3)将发射换能器和接收换能器连接至岩石声波参数测定仪,通过岩石声波参数测定仪测定即时的岩石波速
(4)在单轴加载过程中,首先将压力机的压头下降,直至与岩石试样刚好接触,此时对试样不进一步施压,然后将岩石声波参数测定仪开机;
(5)当上述工作准备完成后,同时将压力机和岩石声波参数测定仪运行,压力机记录岩石压力与加载时间和应变的关系,岩石声波参数测定仪测定波速与加载时间的对应关系;
(6)通过处理“应力—时间”和“波速—时间”,间接建立“应力—波速”的关系曲线,通过分析“应力—波速”关系曲线,即找出当应力达到试件强度的80% 90%时所对应的岩石波速~
值。

说明书全文

一种测定岩石岩爆弹性变形能指标的方法

技术领域

[0001] 本发明属于岩石学与工程技术领域,涉及测定岩石岩爆弹性变性能指标的方法。

背景技术

[0002] 随着世界范围内地表浅部资源的逐步消耗,越来越多的矿山进入了深部开采,尤其是南非,据统计,现阶段开采最深的矿山已超过4000m,矿山进入深部开采,众所周知,岩爆是制约矿山安全生产的重要灾害。关于岩爆破坏能力大小的描述,国内外学者一般采用相应的岩爆倾向性指标来表征岩爆破坏能力的大小。其中Stecowka和Domzal采用岩石的弹性应变能储存指数来判定岩石岩爆倾向性的大小,该方法被收到广泛关注,其具体做法为:在实验室对岩样进行单轴压缩实验,取应力为岩石强度的80%-90%时记录的应力应变曲线,用图形积分法求出弹性变形能量储能与塑性变形耗能之比,即为弹性变形能量指数Wet,Wet的计算示意见图1,其计算公式为:

[0003] 由于岩石力学参数测试离散性大,在实际操作中很难准确的预计每试件的强度并控制加载达到试件强度的80% 90%时卸载,限制了Wet计算的准确性。因此,如何在试件加~载过程中,能即时预报试件的荷载在其极限承载能力的80% 90%,对岩爆倾向性指标的准确~
计算,对岩爆预测有着重要的实际意义。

发明内容

[0004] 本发明目的是提出一种测定岩石岩爆弹性变性能指标的方法,可以即时预报试件的荷载达到其极限承载能力80% 90%的临界点,对岩爆倾向性指标的计算更加准确。~
[0005] 本发明的技术方案:一种测定岩石岩爆弹性变性能指标的方法,其步骤为:(1)将岩石加工成六面体试块,试块表面应平整光滑,没有明显的节理面;(2)将试块竖着放在压力机上,在试块垂直压力机加载方向上,选择两个对立侧面,分别黏贴两个非承压式换能器,分别作为发射换能器和接收换能器;
(3)将发射换能器和接收换能器连接至岩石声波参数测定仪,通过岩石声波参数测定仪测定即时的岩石波速
(4)在单轴加载过程中,首先将压力机的压头下降,直至与岩石试样刚好接触,此时对试样不进一步施压,然后将岩石声波参数测定仪开机;
(5)当上述工作准备完成后,同时将压力机和岩石声波参数测定仪运行,压力机记录岩石压力与加载时间和应变的关系,岩石声波参数测定仪测定波速与加载时间的对应关系;
(6)通过处理“应力—时间”和“波速—时间”,通过分析同一加载时间下对应的应力与波速,间接建立“应力—波速”的关系曲线,通过分析“应力—波速”关系曲线,即找出当应力达到试件强度的80% 90%时所对应的岩石波速值。
~
[0006] 岩石在单轴加载过程中,除应力应变外,其中岩石纵波波速、横波波速也会随着加载过程发生变化。根据断裂力学,岩石在单向加载条件下,岩石试件内部的裂纹扩展显示出一定程度的择优取向,基本沿着最大主应力方向排布。由于裂纹方向与加载方向一致,根据岩石力学相关理论,那么与最大主应力方向垂直的方向的波速必定会降低。本发明在岩石试件单轴加载过程中,通过获取加载应力与试件在加载垂直方向上的波速之间的变化曲线,通过测定波速变化的特征点或是特征区域来控制卸载时机,可更准确的计算Wet的数值,对准确判断岩石的岩爆倾向性有着重要意义。附图说明
[0007] 图1是弹性变形能指标Wet的计算示意图;图2是试样a-1的应力-波速对应曲线。

具体实施方式

[0008] 试验选用了矽卡岩和大理岩两组试样,选用表面光滑无明显节理的试样,试样尺寸均为50mm×50mm×100mm的六面体试块,每组试样3个,矽卡岩试样编号分别为a-1、a-2、a-3,大理岩编号为b-1、b-2、b-3。
[0009] 采用发明内容所述的方法对试样进行了加载试验,对实验结果进行处理得到了加载应力与波速之间的关系曲线,图2是试样a-1的应力-波速对应曲线。从图2曲线中可以看出,当应力加载范围为0 80%之间时,波速变化很小,当应力超过80%时,波速便出现大幅度~降低,从理论上讲,在加载初期(0~80%),随着应力的增加,岩石内部的裂纹被压密,试样内纵向裂纹主要平行于加载方向,裂纹数量无明显增多,此时,垂直于加载方向的声波波速由于纵向裂纹的存在,波速并无明显降低,实验结果正好验证了这一结论,当加载应力超过
80%时,此时,由于平行于加载方向的纵向裂纹相互贯穿,纵向裂纹的密度迅速增加,并产生部分横向裂纹,使得垂直于加载方向的声波波速出现明显的降低,这与岩石加载至其强度
80%左右时进入屈服状态的结论是一致的。
[0010] 将波速出现明显降低的点称为波速-应力特征点,将任意时刻的岩石试样垂直于加载方向的声波波速记为Vn,n为试样编号,将岩石试样在加载初期的波速值记为Vp,p为试样编号,将Vn/Vp表示为波速相对值,将岩石在加载过程中任意时刻的应力记为,n为试样编号,将岩石试样在加载过程中的最大应力记为,c为试样编号,将/记为应力相对值,取应力加载至最大应力的80%时的波速相对值进行分析,试验结果见表1。
[0011] 表1 试样试验结果从表1中可以看出,波速相对值与应力相对值有较好的对应关系,对于矽卡岩,当应力加载至最大应力的80%左右时,其波速相对值为94.4%~95.2%,平均值为95.07%;对于大理岩,当应力加载至最大应力的80%左右时,其波速相对值为92.5%~93.7%,平均值为92.97%。
[0012] 从上述试验结果可以看出,同一种岩石,其轴向应力与垂直于应力方向的波速存在较好的对应的关系,可以作为岩石在加卸载实验中合适卸载点的选取判断依据。通过试样垂直于应力方向的波速值的变化,从而可以判断荷载是否达到岩石强度80%,从而选择合适的卸载时机,获得满意的加卸载应力应变曲线,更加准确的计算Wet。
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