岩石声波-声发射一体化测试装置的研制与应用

为了研究岩石破裂过程中的超声波波速值和声发射活动规律,自主研发了一套岩石声波、声发射一体化同步测试装置,它主要由声波测试系统、声发射测试系统和数据采集、存储、处理系统三部分组成。声波和声发射测试系统通过试验机底座接口与数据采集、存储、处理系统相连,并受后者控制,可以独立的同步监测岩石的波速与声发射信息;数据采集、存储、处理系统可以实时采集、存储两类声学数据,并实现二者的识别、筛分及后期处理。为了验证该装置的适用性,将其应用于盐岩、大理岩、花岗岩的单轴加载试验及盐岩的三轴加载试验中,均获得了较为理想的波速-应力变化规律、岩石声发射活动趋势及震源定位图。结果表明,所研发的测试装置可以满足单轴、三轴应力状态下岩石破裂过程中声波与声发射信息的同步监测,设备性能稳定,测试数据精度较高,可为探索岩体的破裂损伤机制及损伤评价提供重要的研究手段。     

某地下工程围岩的声波频谱特性

对某地下工程围岩进行声波测试,利用FFT方法进行信号的频谱分析,得到围岩声波的频谱特性。结果表明,声波传播过程中携带了反映岩体固有特性的信息,声波的频谱在一定程度上反映了岩体的结构、构造、完整性等特征;完整岩石的声波频谱以高频为主,裂隙岩体的声波频谱以低频为主;比较岩石与岩体声波测试的频谱差异,可对岩体质量的好坏进行判断。     

碳酸盐岩的声波特性研究及其应用

基于岩溶地区碳酸盐岩试样室内声波测试分析发现: ( 1)泥质灰岩和角砾状灰岩的波速比普通灰岩、灰质白云岩比一般白云岩和角砾白云岩的高。( 2)灰岩的声波、密度略大于白云岩的声波、密度,灰岩的动弹性模量、剪切模量和体积模量也比白云岩大。( 3)溶蚀程度和微小结构面对碳酸盐岩中波的传播速度影响较大,灰岩波速随风化程度的提高而降低。( 4)纵、横波速与岩石的密度具有线性关系,利用密度、波速、纵横波速比或泊松比可初步判断碳酸盐岩在岩性上的差别。( 5)声波测试和单轴抗压强度试验求得的岩石的弹性模量具有一定的相关性,利用声波测试结果可以推求实际工程中计算、设计所需的力学参数。      

岩石损伤检测技术的研究进展

岩石损伤变量的测定是岩石损伤力学分析研究的基础，岩石损伤理论付诸岩石工程实践必须解决岩石损伤检测的问题。总结当前国内外的岩石损伤检测方法，可将其分为结构分析法和陛能测试法，具体包括扫描电镜分析、计算机断层扫描检测、应力应变测试、声波探测、声发射测试以及红外辐射探测等。在采用不同的测试技术时，必须谨慎考虑损伤与相应物理力学描述之间的耦合关系，尽可能使得所定义的描述能真正反映损伤变量的值。具体应用时应该在符合热力学原理的前提下尽可能选择易于测量且利于分析的损伤变量描述形式及相应的检测技术。     

围压条件下岩石声学特性的技术特征

声波传播速度能较好地反映岩石综合物理性质。在三轴向岩石声波速度测试的基础上,研究岩石地面声波传播速度与围压条件下（不同埋藏深度）声波传播速度之间的关系,依据试验数据和双参数回归分析处理结果可以看出：岩石声学特性随围压增加的变化遵从数学多项式;不同种类的岩石,其声学特性随围压变化的规律相差较大,因此,区分岩性剖面是研究和应用岩石声学特性的基础条件之一;同一岩石的声学特性随其埋藏深度的不同存在较大差别,因而在研究影响岩石声学特性变化的因素中,埋深不可忽视。     

坝基岩体单孔声波对比测试异常问题分析

声波测井技术在岩土工程领域的运用已经有较长的时间,它在岩体质量验收、灌浆质量检测、爆破控制校验等方面具有独特的优势,因此成为工程技术人员颇为青睐的勘探手段。但是由于测试人员对声波测井技术原理不清楚以及测试流程不规范等原因,导致声波测试过程中出现与常理相悖的测试数据异常问题。这些问题的存在,对获取岩体质量信息造成了一定的干扰,同时也给声波测试资料的可靠性带来质疑。本文结合具体工程中的实测声波资料,针对常规岩体单孔声波对比试验获得的波速曲线中存在的整体性异位或升降等异常现象,通过对比不同试验阶段的声波测试曲线,阐述单孔声波对比测试曲线异常的具体表现及典型特征,分析产生测试异常的主要原因,并提出相应的解决方案或措施。研究结果表明:声波对比测试异常实质上是试验操作不够规范的问题,其中对比声波曲线的整体性异位主要是由采样偏差造成,属于线性系统误差,可以通过增加对比单元长度、提高岩体重合率等措施进行补救处理; 而声波曲线的整体性不均匀升降则与耦合流体的纯度有关,属非线性系统误差,难以进行补救校正,因此规范测试流程是避免出现该类异常的唯一途径。本成果为运用声波测井技术解决相关问题时避免或消除声波对比测试异常提供了参考和借鉴,具有重要的工程指导意义。     

风化花岗岩声谱特征分析

岩石材料可视为声波的天然低通滤波器 ,声波在不同力学性质岩石材料中传播时 ,由于岩石对声波吸收程度不等因而高频声波滤除状况也不同。接收波中频率丰富程度与岩 石 的力学性质密切相关,岩石力学强度愈高,声谱中高频成分就愈丰富。反之,声谱中主要为 低频,高频分量因衰减而缺失。实验采用全数字化DB4型多波参数分析仪和计算机,对波形 数据进行FFT分析,通过接收谱和频率响应的特征来研究岩石的力学性质。声衰减研究可为 岩石、岩体强度和综合评价提供更多、更可靠的信息,是解决工程地质风化岩问题研究的一 种可行方法。     

RT3型岩石高压真三轴仪研制成功

由中国科学院武汉岩土力学研究所许东俊副研究员主持研制的RT3型岩石高压真三轴仪最近研制成功,于1989年11月在武汉通过了专家鉴定。RT3型岩石高压真三轴仪由三轴压力室、轴向（σ1）和横向（σ2）加载系统、三向增压器系统、应力应变测试系统和操作台等部分组成。采用5×5×10cm的长方体试件,可施加最大主应力σ1最高达800MPa,中间主应力σ2达200MPa、最小主应力σ3达200MPa。该设备可以独立地控制和改变三个主应力,并能测定三个主应力方向上的应变和声波传播参数,从而可以模拟工程岩体和地壳内部的任何应力状态和应力途径,为岩石力学基础理论、工程岩体稳定性和地震前兆特性等研究提供了新的实验手段。     

声波测试技术在工程地质中的应用

声波测试技术现已变成一种常规的勘测技术，在工程地质中的应用越来越广泛。本文介绍了声波测试技术在工程地质中的几个主要方面的应用。     

地层条件下岩石动静力学参数的实验研究

在实际地层三轴应力和温度条件下,测量了ＣＸ地区地表至５０００ｍ深度砂、泥岩样品的静力学参数。对其中大部分样品进行了岩石力学和声波速度（ｖｐ,ｖｓ）的同步测试,由此获得了在相同应力和温度条件下岩石的动、静力学参数。根据实验结果,讨论了在实际埋深条件下ＣＸ地区砂、泥岩的静力学参数,波速及动力学参数的变化特征,以及岩石动、静力学参数间的关系。     

Experimental Study of Synthesis Processing System for Rock Acoustical Measurement

The system consists of SYC rock acoustical measurement instrument, microcomputer and single board computer. It is a building block system used in both laboratory and field testing to measure rock acoustical data. In this paper the main performances, the fundamental configuration, the interface technique and software design methods are presented, and measurement result analysis is made. An idea was proposed of the automatic acquisition and processing of test data by means of micro-computer control over the test device.     

The Use of Acoustical Log for Exploration of the Rock Foundation

This paper describes how the acoustical log technique is applied to the exploration work on rock foundation . In order to analyze the results obtained from the acoustical measurement by single hole and cross-hole transmission techniques, two modelling tests were carried out. By the use of acoustical refraction and transmission technique, the authors have been conducted a lot of field tests since 1973 in several engineering works to determine the size of underground cavities.     

声波测井在岩石地基探测中的应用

本文介绍我所声波测井技术在岩质地基勘测中的应用情况.作者自1973年以来在这方面进行了大量的野外工作,为了进一步阐明单孔测井及孔间透射波测井中所遇到的岩体声学问题,先后进行了两次室内模型模拟试验研究.在此基础上,用声学的原理和方法阐述了折射波测井及采用孔间透射波法测量溶洞大小的方法.并介绍这些方法在工程实践中的应用.     

预钻式原位岩体剪切测量系统研制与试验分析

预钻式岩体剪切测量系统可以测量矿山原位岩体的内摩擦角和黏聚力,与传统室内试验和现场测试相比,该测试方法可以最大限度保持岩体本质状态,方便快捷获取测试数据。首先阐述了系统整体设计思路,并成功研制出预钻式原位岩体剪切仪设备,搭建了数据采集存储软件平台;其次,基于剪切仪的工作原理,通过配套完整的测量系统试验装置,制定了试验数据处理方法和试验步骤;最后为验证系统方法的工程适用性,对测量系统进行了标定试验,并在混凝土平台进行了岩体侵入试验与剪切试验。剪切试验结果与室内直剪试验相比,内摩擦角小24.77%~41.33%,黏聚力小13.11%~32.84%。针对试验结果的差异性,从仪器设备和试验方式进行了分析,指出试验误差主要来源于设备剪切加载方式的变化和岩体直剪试验方法的不同。研究结果为矿山原位岩体力学参数的准确测量提供了新的思路和方法,也为后续系统的改进设计提供借鉴参考。      

干耦合超声波检测及波初至的自动拾取

目前岩石力学参数测定，受限于探头及数据采集设备，多在实验室环境完成，同时，传统超声收发探头对接触面平整度要求较高，需要对岩石表面打磨处理，且需要涂抹导声糊。这些都极大限制了超声测量系统的应用范围。为实现对岩石钻孔内的长效监测，对声波发射、接收机制及岩石内超声信号的频域特性进行分析，通过AIC算法拾取波前初至，利用小波去噪和改进AIC法（NAIC）求波初至到达精确时间，研究了基于干耦合岩石内部参数测量系统，在岩石内部实现了超声信号的发射接收、信号瞬态触发、高速采集，并将最终结果通过无线方式传输至数据记录仪。分别对Φ50 mm×100 mm花岗岩及砂岩岩样进行了超声波传输参数测量，Φ114 mm×280 mm花岗岩岩样测量距离分别为150、200 mm，利用NAIC、STA/LTA、MER、ETA 4种算法对该数据进行处理，并与第三方仪器测定结果进行比较。结果表明：基于干耦合声波测速采集系统，对不同工作接触面适应性较好，数据误差在规范允许范围内。小波降噪适用于背景干扰少、频率范围集中的超声接收信号，在到时拾取方面，除STA/LTA外其余3种算法在去噪后的到时拾取精度均得到有效提高，其中尤以NAIC法最为明显，到时平均误差由1.21 ?s锐减至0.19 ?s。     

灰色误差理论在岩矿测试数据处理中的应用

介绍了灰色误差理论,并应用于岩矿测试数据基本处理。结果表明,在误差变化范围小的岩矿化学分析中,测量数据的累加曲线为线性关系,在元素不均匀性分布的岩矿化学分析(例如不均匀性金的测试)和岩石强度试验等分散性大的测试中,测量数据的累加曲线为曲线关系,但灰色标准偏差和传统统计学的标准偏差非常接近。该方法简单易行,具有相当的精度和较强的实用性,对测量数据少或难于寻求统计规律的测量过程尤为实用,是一种新的尝试。     

断面测量系统在良心隧道右线偏压段围岩变化量测中的应用

在隧道及地下工程施工中,一般采用类似多点位移计、测缝针、各种形式的收敛计等再结合其他测量仪器对围岩变化进行量测分析。本文重点介绍利用徕卡断面测量系统对围岩净空位移变化进行量测技术,首先使用断面测量系统机载软件自动采集隧道围岩净空位移变化的外业数据,然后将数据传输到计算机,再利用隧道断面测量系统后处理软件进行自动的数据分析处理,快捷方便地获得围岩变化量测结果,并以准确、直观的图形、报表数据输出,及时为围岩稳定性判断和指导施工提供有力的依据。     

典型类比分析法的原理与实践

本文以我国隧道工程应用新奥法的典型工程经验和原位测试资料为基础,综合应用系统科学、工程地质力学和岩石力学方法,阐述在隧道工程锚喷支护设计与施工中,普及应用围岩稳定分析预测技术的原理和方法典型类比分析法的提出、原理框架与工程验证。     

风化岩体及风化带划分的数学地质方法研究

针对风化岩体仍无理想的定量分带方法这一研究现状与工程建筑需要的矛盾,提出了对能够检测工程环境岩体风化程度的各种物理力学、矿物学和声学指标进行方差分析和特殊的“动态方差分析”方法,可对岩体风化带的划分进行定量评价,达到某一试验结果下的最佳分带效果。还结合应用实例讨论了不同地质条件下分带计算过程的相应变化和应用效果。最后指出,工程岩体分类亦可借鉴本文的研究方法。     

Determination of Rock Fracture Toughness <Emphasis Type="Italic">K</Emphasis><Subscript>IIC</Subscript> and its Relationship with Tensile Strength

Hydraulic fracture propagation is greatly influenced by mode-II fracture toughness since this is one of the factors which determine whether a fracture diverts. Direct measurement of rock fracture toughness is constrained by high cost, limited number of available cores and long turn around time. Therefore, to overcome these constrains, it is necessary to develop an effective mode-II fracture toughness test which can be used in a prediction analysis for deep rock formations. Consequently, a mode-II fracture toughness test system was designed for rocks using the straight-notched Brazilian disc (SNBD) test methodology. In the experiment, this system was used to test 20 rock samples from the WG oilfield. This enabled a fracture toughness prediction model to be established, based on an analysis of the test data. H341 acoustic, density and gamma-ray logging data were used to predict horizontal stresses and rock tensile strength. When combined with the mode-II fracture toughness prediction model, continuous values were predicted, which were successfully confirmed by field fracturing practices. It was confirmed, therefore, that this successful method met the need of providing continuous fracture toughness data during field fracturing operations.