[发明专利]一种测定及计算岩石衰减系数及非线性系数的方法

权利要求书

1.一种测定及计算岩石衰减系数及非线性系数的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)制备圆柱形岩石试样，将岩石试样放置于霍普金森杆的入射杆与透射杆之间，由高压发射腔产生的高应变波气压推动弹头作用于入射杆，高应变波经入射杆传播至岩石试件，最终传入透射杆，利用应变片记录入射波和透射波应变信号；

(2)采用快速傅里叶变换对步骤(1)测得的透射波信号进行频谱分析，得出透射波频谱；

(3)根据非线性弹性理论，由动应力-应变关系及应变波传播的波动方程，采用摄动法，近似得出试样一阶应变及二次谐波应变表达式：

ε_d1(a,t)＝Re(ε₀e^-αae^jka-jωt)

式中：ε_d1(a,t),ε_d2(a,t)分别为一阶应变及二次谐波应变；k＝ω/C_s为冲击波波数；ω＝2πf为角频率；f为基频，可由透射波频谱分析直接得出；j为虚数单位；t为时间；C_s为岩石试样中波速，由压电声速装置直接测出或由采集的入射信号和透射信号的时间差算得；α为岩石试样衰减系数；β为试样非线性系数；a为冲击在试样中的传播距离，0≤a≤L，L为试样长度，a＝0表示试样最左端，a＝L表示试件最右端；ε₀为试件最左端应变值，ε₀＝ε_inT₁，ε_in为入射波应变幅值，可由入射杆应变片直接测出；为入射杆-试样间界面透射系数；为试样对波的阻抗比；ρ_s为岩石试样密度；ρ_b为入射杆或透射杆的密度；C_b为入射杆或透射杆的波速；

(4)引入基频下透射应变ε_tr1，入射波应变幅值和透射波应变幅值比值r_a，计算岩石衰减系数；

通过入射杆-试样和试样-透射杆之间高应变波的传播关系，得出入射波应变幅值和透射波应变幅值的比值；

试验时记录同一试样在不同冲击荷载下入射波应变幅值和透射波应变幅值，计算入射波应变幅值与透射波应变幅值比r_a，剔除误差过大的试验结果，求得平均幅值比r_a；最后由测得的r_a，通过上式计算出衰减系数α；

(5)引入透射波的谐波应变ε_tr2，透射波谐波应变幅值与入射应变幅值平方的比值计算岩石非线性系数；

通过入射杆-试样和试样-透射杆之间高应变波的传播关系，结合二次谐波得出透射波谐波应变幅值与入射应变幅值平方的比值；

式中，ε_tr2为透射波信号中的谐波信号，可由透射波频谱直接得到；计算同一试样不同高应变荷载下透射波谐波应变幅值与入射应变幅值平方的比值求出平均比值，最后通过上式求得非线性系数β。

2.根据权利要求1所述的一种测定及计算岩石衰减系数及非线性系数的方法，其特征在于，所述圆柱形岩石试样的直径与霍普金森杆直径相同；所述圆柱形岩石试样的高度为直径的1～2倍。