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1、总第123期西部探矿工程seriesNo.1232006年第7期WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERINGJuly.2006文章编号:10045716(2006)07001703中图分类号:P313文献标识码:B超声波预测岩石强度的一种方法刘洋,赵明阶(重庆交通学院河海学院,重庆400074)摘要:以影响岩石破坏强度的孔隙率和对应力敏感的纵波速度作为研究的主要对象,给出了岩石破坏强度与初始损伤变量(即孔隙率)和岩石破坏强度与纵波速度之间的理论公式,提供了预测岩石强度的一种理论方法。关键词:孔隙率;岩
2、石;破坏强度;纵波速度岩石是矿物的集合体,是典型的多相混合介质。岩石矿物颗部的分布形式不同,对岩石性质的影响不同,一般,承载粘土将大粒堆积、胶结在一起形成岩石,颗粒间形成了孔隙,而岩石孔隙内大降低岩石的整体刚度,层状泥质影响最大,结构泥质次之,而孔还可以被水所充填,所以岩石介质是由固体颗粒、孔隙或微裂纹隙中的分散粘土影响最小。以及孔隙水所充填的固、液、气三相介质。岩石组构的复杂性导2与应力相关的超声波声学参数致了岩石在受载过程中,其内部应力分布较为复杂。目前在岩石2.1纵波波速工程中,岩石强度的获取通常是现场采样,然后通过室内岩石试超声波纵波速度对应力比较敏感。赵明阶的研究表明[
3、3],岩验求得,但是通过采样得到的岩石试件,相当于卸去了围压,对岩石在单轴压缩作用下,岩石中轴向和横向纵波速度在压密过程样产生很大的扰动,由此获得的岩样与其原状应力相比仍存在中均随荷载增加而增加;在压密过程结束后轴向波速增加缓慢,很大的误差。而超声波测试技术正由于其扰动很小,相对于实际而横向波速基本保持恒定;在裂纹扩展阶段,轴向波速变化微弱,工程来说,可以忽略,再加上其测试方便因而获得了广泛的应用。横向波速随荷载的增大而减小;在岩石接近破坏时,轴向波速有在运用超声波测试技术进行岩石强度预测方面的研究较少,并轻微的下降,但横向波速却剧烈下降。由此可见,在单轴压缩作且由于其所含参数较多,相应
4、地造成在实际中应用较为困难。通用下,岩石纵波速度能够反映出岩石中裂隙变化规律及其力学过研究影响岩石强度的主要因素,提出了预测岩石强度的一种性质。也就是说,超声波纵波速度对应力非常敏感。简便方法。2.2声衰减1影响岩石强度的因素在进行声衰减的描述时,常用到品质因数Q,其具体形式为:1.1孔隙率的影响[1]f一般来说,孔隙率越大,岩石的强度越小、塑性变形和渗透性Q=V越大,反之则越小。同时岩石中由于孔隙的存在,使之更容易遭式中:V超声波在岩石中的传播速度,m/s;受各种风化作用,导致岩石的工程地质性质进一步恶化。对于可f频率,kHz;溶性岩石来说,孔隙率大,可以增强岩体中
5、地下水的循环与联系,衰减系数。是岩溶更加发育,从而降低岩石的强度并增强其透水性。当岩石陈耕野的试验研究表明[4]:在岩石单轴压缩过程中,声衰减中的孔隙被粘土等物质填充时,则又会给工程建设带来诸如泥在加压初期随应力增加而迅速增大,在到达最大值即岩石启裂化夹层或夹泥层等岩体力学问题。临界点后,随应力的继续升高,声衰减值转为逐渐下降。剪切破1.2含水率的影响[2]坏声衰减值仅随应力比率缓慢递增,并与应力同时达到最大值。含水率对岩石强度也有很大的影响。例如:在100!C敞放中2.3声频率搁置7d后加压的试件比在大气中干燥2星期后加压试件的抗压金永君[5]通过对超声波信号的波谱分析后指出
6、,砂岩试样强度要提高6%,在水中放置7d后加压的试件强度比在大气中加压试验中,加压初期检测信号与静载时有较大变化,在岩石内干燥的试件降低12%。据铃木光的试验,抗压强度与含水率大致可按下列的指数函数表示:部出现细观裂纹,随着加载强度增加,裂纹沿晶界扩展,频谱继续-bw变坏。但在较高的应力水平下,频谱变化较小趋于稳定,研究认c=a∀e式中:a,b与岩石有关的常数;为裂纹停止扩展。砂岩加压过程中频谱特性的变化是随着压力w试件水分含量与干燥岩石的重量比所表示的含水率。增加主频减小,频谱形状也变化,该变化与裂隙产生、形成乃至破1.3泥质含量的影响坏的岩石变化过程相对应。泥质含量越
7、高,相应地岩石的强度越低。另外粘土在岩石内3岩石强度与孔隙率的关系教育部科学技术重点项目(编号:地方3113)July.2006西部探矿工程18No.7多相岩石在应力作用下的弹性特征主要是由孔隙、裂隙的Vf(Vr-Vp)1/3f=m1-[](4)Vp(Vr-Vf)!0的变形、成核、扩展等控制,在影响岩石特征的诸多因素中,孔隙率是最主要的因素之一,它对几乎所有岩石性质都有很大影响,将
