[发明专利]一种利用超声波实时检测受载岩石裂纹演变的方法

说明书

本发明公开了一种利用超声波实时检测受载岩石裂纹演变的方法，所述方法是通过对受载岩石在单轴压缩过程中进行声波检测，将所得所有受载岩样的声波信号时域图提取首波声时t，根据公式计算每级荷载作用下的波速v，并通过公式计算每级荷载作用下岩样的波速非损伤比α，α值越小，裂纹越多。与现有技术相比，本发明提供的利用超声波实时检测受载岩石裂纹演变方法，从时域图中计算不同荷载作用下岩样的纵波波速，并定义岩样波速非损伤量，从而定量判断岩样在加载过程中裂纹变化。

技术领域

本发明涉及一种故障检测方法，尤其涉及一种利用超声波实时检测受载岩石裂纹演变方法，属于声波检测技术领域，特别是涉及工程结构裂缝的检测。

背景技术

岩石作为工程建设重要的承重材料之一被广泛使用。由于成岩作用和所处环境的不同，岩石内部存在微裂隙、节理、孔洞等初始损伤，损伤累积导致结构承载力下降；在地下工程建设中，由于岩石裂隙发育造成结构整体承载能力下降，严重时会导致结构破坏，因此，对于岩石裂隙变化的检测显得尤为重要。

声波检测法由于操作简单、效率高、设备简单被广泛应用于检测结构内部缺陷。Kaneko等人对单轴压缩过程中大理岩声学特征进行研究，测试得到岩石波速，然后给出波速随压应力的变化关系，波速随应力变化较灵敏，岩石弹性性质的变化与荷载作用下的裂纹行为有关。Meglis等人为了表征花岗岩试验隧道开挖过程中的损伤特性，在隧道原位进行了波速和振幅的测量，当波速和振幅较低时，表明岩石存在定向的微裂隙，损伤较大。李浩然等人对岩石的声学特性进行研究，得出用波速来定性描述岩石内部缺陷随外力的变化情况。

但对于应力实时波速变化特征与裂纹开展规律之间的联系、以及如何定量检测出岩石裂纹的变化规律的研究较少，因此，对岩石的波速变化特征与裂纹开展规律之间联系需做进一步研究，也是现在工程结构缺陷检测技术领域急需解决的问题之一。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种利用超声波实时检测受载岩石裂纹演变方法，通过对单轴压缩过程中的岩石进行声波检测，获取其声波信号，再对提取的信号进行数据处理，从而达到快速、准确的检测目的。

本发明提供的技术方案为：一种利用超声波实时检测受载岩石裂纹演变的方法，是通过对受载岩石在单轴压缩过程中进行声波检测，将所得所有受载岩样的声波信号时域图提取首波声时，根据公式(1)计算每级荷载作用下的波速v，并通过公式(2)计算每级荷载作用下岩样的波速非损伤比α，α值越小，裂纹越多：

其中，l为试件长度；t为声波在岩样内传播的首波到达的时间；

其中，v₀表示压力为0kN时的波速值，v_i表示i压力水平下的波速值。

优选地，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：对待测岩样进行单轴压缩，测得岩样的应力、应变，得待测岩样的应力应变曲线；

步骤S2：在对待测岩样进行单轴压缩的过程中，同时对待测岩样进行声波检测，得待测岩样在不同荷载下的声波信号时域图；

步骤S3：根据步骤S2所得声波信号时域图，提取每幅声波信号时域图中的首波声时t(时域图中首波起跳点对应的横坐标值为首波声时)，通过公式(1)计算每级荷载作用下岩样的波速v；

步骤S4：根据公式(2)计算得每级荷载作用下岩样的波速非损伤比α；

步骤S5：根据步骤S4所得波速非损伤比α的大小来检测裂纹的变化，α值越小，裂纹越多。

优选地，对试件进行单轴压缩试验，荷载施加采用位移控制，多次试验后选取轴向载荷0.2mm/min(试验效果最好)进行加载直至试件破坏，得到岩样的应力应变曲线。