[发明专利]一种基于超声波波速的充填体损伤检测方法

说明书

本发明涉及一种基于超声波速的充填体损伤预测方法，其特征在于包括下列步骤：一是按现场充填体材料比例制备试验膏体试样，二是单轴载荷强度试验确定膏体试样载荷应力σ与超声波波速V关系的数据，三是通过膏体试样σ与V关系的数据建立膏体试样损伤度D的数学模型，通过该数学模型，计算出膏体试样的损伤度D，进而确定现场膏体充填体的损伤度。本发明的优点是：只需要测定现场充填体的超声波波速，通过该数学模型就能够计算出膏体试样的损伤度，进而代替确定和预测现场充填体的损伤程度，方便快捷，为现场充填体的损伤检测提供了理论依据，具有非常广泛的实用性价值。

技术领域

本发明属于矿山膏体充填及矿山充填材料损伤检测相关技术领域，具体涉及一种基于超声波速的充填体损伤检测方法。

背景技术

随着采矿深度的增加，膏体充填被广泛地应用在深部地压控制上，但开采深度越深，其现场温度也越高，过高的环境温度会破坏地下充填体的强度，给充填体造成极大的损伤，除了自然环境温度的破坏，其强度还会受到爆破震动和现场施工扰动的影响，这些自然环境和人为扰动造成的损伤大大缩短了膏体充填体的使用寿命，也给矿山造成了巨大的人员伤亡和财产损失。关于充填体的损伤检测方面的研究，目前金属矿山并没有一个明确有效的方法，通常还是根据室内试验和现场原位岩心取样的单轴抗压强度来评价膏体的力学性能，然而室内试验只能判断膏体自然养护的强度，并不能判断人为破坏的损伤情况，而现场原位取样测试存在施工扰动和人为破坏问题，膏体充填体的强度测试结果与实际工程中存在较大差异，所以充填体的损伤检测一直是一个难点问题。

超声波检测技术由于其不受构件几何尺寸的影响，超声波检测仪传播时间精度大多在0.1μs以内，测试速度快，对测试构件无损坏，目前广泛应用于混凝土和岩土强度检测。然而，膏体是由尾砂、胶结料、拌和水(工业用水或矿井处理水)组成的混合物，其在组分和配比上与混凝土和岩土存在显著差异，因此其超声特性必然与混凝土超声特性存在较大差异，例如，与混凝土相比，膏体水泥含量低，一般为5％～10.5％，其主要组分尾砂粒径也更小，尾砂粒径一般在几十个微米级别，而混凝土的人工沙大多是毫米级别。而较之岩土，膏体中含有水硬性水泥，其力学特性具有时间相关性。综上可知，膏体在组分、配比以及力学性质方面与混凝土和岩土存在显著差别，因而，现有的混凝土和岩土超声测试理论与技术成果无法直接应用于膏体充填体损伤的超声测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超声波波速的充填体损伤检测方法，通过制备与现场充填体相同比例材料的膏体试样，并对其进行单轴载荷强度试验，建立膏体试样损伤度基于超声波波速的数学模型，然后通过测定膏体充填体的超声波速来计算膏体试样的损伤度，从而代替确定现场充填体的损伤度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明的一种基于超声波波速的充填体损伤检测方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一、膏体试样的制备与养护

实测获取现场膏体充填体的材料比例，制作与现场膏体充填体相同材料比例的多个膏体试样；

步骤二、单轴载荷强度试验确定膏体试样载荷应力σ与超声波波速V关系的数据

利用单轴压缩试验机和超声波检测仪对多组膏体试样进行单轴载荷强度测试，直至膏体试样破裂为止，测得膏体试样的载荷应力σ与超声波波速V关系的数据平均值；

步骤三、通过膏体试样σ与V关系的数据建立膏体试样损伤度D的数学模型

根据单轴单轴载荷强度试验在膏体试样压缩过程中的载荷应力σ与超声波波速V关系的实测数据，通过数据处理和指数曲线拟合方法，建立膏体试样的损伤度D与载荷应力水平关系的通用数学模型如下：

式中：A、B和C为待定常数；

通过该数学模型，计算出膏体试样的损伤度D，进而确定现场膏体充填体的损伤度。