[发明专利]一种基于超声波波速的充填体抗压强度预测方法

说明书

本发明公开一种基于超声波波速的充填体抗压强度的预测方法，该方法通过室内相似材料试验制备膏体标准试样，单轴载荷强度测试确定膏体试样σ～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，测得膏体试样的超声波波速V与应力σ关系的数据平均值，通过σ～V关系的数据拟合建立膏体试样σ～V关系的数学模型,通过该数学模型,只需要测定现场充填体的超声波速,能够计算出膏体试样的的载荷应力σ，进而预测现场膏体充填体的抗压强度。该方法可以方便快捷的获取充填体的强度，避免现场原位岩心取样扰动对膏体充填体的影响，为矿井生产的合理安排提供数据支持。

技术领域

本发明属于矿山膏体充填及矿山充填材料强度预测相关技术领域，具体涉及一种基于超声波波速的充填体抗压强度的预测方法。

背景技术

膏体充填体在相邻矿体开挖过程中必须满足一定的稳定性，以确保一个安全的地下工作环境，因此特定龄期的强度是膏体的一个重要的性能评价指标。在实际应用中，通常采用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，然而这两种传统的测试方法都存在一定的弊端，前者需要消耗大量的材料进行试样的制备，除了特定的养护环境之外，还需要具备压力测试设备，后者由于在取样过程中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。

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，数据真实可信，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强度的超声测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超声波波速的充填体抗压强度的预测方法，主要是通过试验室相似材料试验建立膏体充填体强度与超声波波速之间的关系，通过测定现场膏体充填体的超声波速来方便快捷地预测膏体充填体的强度。

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抗压强度预测方法，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、单轴载荷强度测试确定膏体试样σ～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，测得膏体试样的超声波波速V与应力σ关系的数据平均值，

其中：为超声波波速,m/s，σ：为与超声波波速值V对应的膏体试样的载荷应力,MPa，

步骤三、通过σ～V关系的数据拟合建立膏体试样σ～V关系的数学模型

σ～V关系的数学模型通式如下：

σ＝A+B×V

式中：A和B为待定常数。

通过该数学模型,只需要测定现场充填体的超声波速,能够计算出膏体试样的的载荷应力σ，进而预测现场膏体充填体的抗压强度。

本发明所述的步骤一中制作膏体试样包括：