下载文档原格式
基于超声波测试的岩体完整性分析黄雅兰(江西理工大学材料冶金化学学部江西赣州34100)摘要：基于岩石动态力学参数与岩石基本物理力学参数的关系，可以研究岩石动态力学参数评价岩石的完整性。
该文运用超声波测试技术，测得岩石的纵波和横波波速，结合弹性波在一维介质中的传播理论，计算得到岩石的动弹性模量。
经过分析发现，动弹性模量随着密度的增大呈线性增大，B取样孔的斜率大于A取样孔，说明B取样孔的岩体完整性较好；对现场钻孔弹模测试试验数据进行了计算，发现岩体完整性结果与声波法分析一致，验证了室内声波法评价岩体完整性的可行性，为发展岩石超声波测试技术提供了参考。
关键词：岩体超声波测试动弹性模量完整性钻孔弹模测试中图分类号：TU195;TU45文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)09(a)-0222-04 Rock Mass Integrity Analysis Based on Ultrasonic TestingHUANG Yalan(Faculty of Materials Metallurgy and Chemistry,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou,JiangxiProvince,341000China)Abstract:Based on the relationship between rock dynamic mechanical parameters and rock basic physical me‐chanical parameters,rock dynamic mechanical parameters can be studied to evaluate the integrity of rock.In this paper,ultrasonic testing technology is used to measure the longitudinal and transverse wave velocities of rocks. Combined with the propagation theory of elastic wave in one-dimensional medium,the dynamic elastic modulus of rock is calculated.It is found that the dynamic elastic modulus increases linearly with the increase of density,and the slope of sampling hole B is greater than that of sampling hole A,indicating that the rock mass integrity of sampling hole B is good;through the calculation of the field borehole elastic modulus test data,it is found that the rock mass integrity results are consistent with the acoustic method analysis,which verifies the feasibility of indoor acoustic method to evaluate the rock mass integrity,and provides a reference for the development of rock ultrasonic testing technology.Key Words:Rock;Ultrasonic testing;Dynamic elastic modulus;Integrity;Borehole elastic modulus test岩石是由一种或多种矿物组成的复杂地质体，由于节理、裂隙的存在，使岩石在力学性质上表现出离散型和随机性[1]。
类岩石材料变形损伤与波速关系试验研究作者：张金浩陈洪凯王贺来源：《人民黄河》2018年第07期摘要：通过单轴压缩试验结合超声波量测，得到波速随加载过程的变化值，以此定义类岩石材料的损伤点。
试件在制作和成型过程中不可避免地存在初始损伤，将其定义为第一损伤点；当试件局部有裂纹出现，波速随应变的增大陡然减小，将其定义为第二损伤点；随即利用超声波仪器检测该局部波速的变化，当波速明显急剧减小时，说明已经达到损伤极限值，将其定义为第三损伤点。
根据试验实测数据，采用分段曲线拟合，得到基于波速变化的损伤演变试验模型。
关键词：单轴压缩试验；超声波量测；损伤点；变形损伤；类岩石材料中图分类号：TU458文献标志码：Adoi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.07.022大多数地下工程结构（挡土墙、桩基础、隧道衬砌）由类岩石材料构成，其处于受压状态，随着压力的施加，材料内部易出现微裂缝延伸和扩展，造成损伤积累，最终出现结构变形失稳，导致工程整体发生破坏，甚至造成巨大的经济损失和人员伤亡。
因此，开展类岩石材料变形损伤检测试验研究相当重要。
近年来，超声波技术以仪器体积小、操作简捷、判别缺陷清晰等优点，在检测结构的损伤缺陷中得到了广泛应用。
史瑾瑾等针对岩石试样进行了损伤冲击试验，探究了波速变化率与岩石试样损伤程度之间的关系；张晓春等利用小波变换分析岩石超声波检测信号，了解到岩石内部结构特性和物理力学特性，建立了岩石超声测试试验系统；韩放等使用超声波对岩石损伤扩展进行实时观测，利用检测结果对岩石试样的损伤程度进行了定量分析；翟小洁等通过超声波对单轴压缩试验中岩石扩容现象进行测试，证明了不同岩石在单轴压缩过程中扩容的时间和程度存在差异；郑志远等测量了超声波在岩石中的传播速度，对岩石成分、孔隙度、吸水量以及岩石温度等参数对超声波传播速度的影响进行了分析；梁天成等对岩样进行单轴受压试验，实时测量了试件损伤过程中的超声波波速和声发射参数，探讨了损伤扩展中波速与声发射之间的变化规律：吴振祥等利用小波变换的多分辨率理论对不同循环次数下的岩石超声波信号进行分解变换，实现不同频带分量的独立分析，提取随损伤敏感变化的波谱参数：李浩然等通过单轴加载及循环荷载试验，对盐岩变形破坏特征及声波、声发射活动规律进行了深入研究；梁利喜等基于波动理论和有限差分方法，进行声波透射数值模拟试验，研究岩体孔洞形状、尺寸、分布及密度对声波衰减系数的影响；李成波等采用回归分析方法建立了岩石介质中弹性参数与波速的关系；许延春等通过室内试验模拟岩体裂隙及注浆过程，应用超声波检测技术测定岩体在不同裂隙宽度下的声波传播速度，并对比分析了岩体注浆前后、干式状态及湿式状态的波速变化规律；李浩然等利用岩石声波系统研究了单轴荷载、循环荷载以及三轴压缩试验中盐岩的变形破坏特征与声波、声发射活动规律；朱维等通过数值模拟以及不同岩石的超声检测试验，分析了岩石特性对编码信号脉冲压缩性能的影响。
软岩蠕变损伤特性的试验与理论研究
随着现代岩土工程中不断涌现出的新的机理和理论，特别是近年来软岩蠕变损伤特性
的研究成果，已经在岩土工程领域变得越来越重要。
软岩蠕变损伤特性让岩土工程施工及
设计更加效率，这也使它深受工程师和学者们的重视。
软岩蠕变损伤特性的研究，主要是从试验研究和理论研究两个方面着手。
对于试验研
究方面，一般包括岩石动态力学特性测试，以及针对岩石蠕变损伤特性的试验，例如有效
力学变形的测量实验，岩石的慢性蠕变特性测试等。
试验研究的目的，是通过对软岩蠕变
损伤特性的测量和分析，为岩土力学研究打下基础，以期对软岩的变形特性有一定的了解，以便制定合理的软岩蠕变损伤特性参数和其它特性，这些结果都可以用作进一步试验研究
和地质工程分析的基础。
对于理论研究，主要是探讨软岩蠕变及其有关损伤特性的背景机理及其相关影响因素，主要使用岩土分解曲线、损伤曲线等，把岩石力学属性、物化性质及蠕变变形机制综合起来，形成相应的建模方法，以期得出相关的变形损伤模型。
最近，基于该理论的研究成果，软岩蠕变损伤特性的应用也越来越多，主要用于工程
设计中，例如岩体收敛认识、支护加固性选择，以及地质灾害预测等，这都为岩土工程带
来了极大的帮助。
因此，软岩蠕变损伤特性的研究，不仅有助于提升我国岩土工程的水平，而且也能够
为岩土工程带来许多有益的经验和知识。
今后，软岩蠕变损伤特性的研究将会有更多的深入，这样才能更好的应用于工程的实践中。
超声波检测含裂隙岩石损伤特性试验研究杨治攀;胡鑫;周选林【摘要】采用水泥砂浆试件模拟含裂隙岩石材料并进行单轴压缩试验,利用超声波仪检测加压过程中波形和波速随试件裂隙扩展的变化.结果表明:荷载为0 MPa时,试件内部存在微缺陷,4#和5#测点的波形出现不规则变化;荷载为1~4 MPa时,试件表面没有出现裂缝,超声波的波形趋于稳定,各测点波速随应变的增加无明显变化,只是在刚施加荷载时波速有增大现象;当试件表面出现裂隙时,2#、4#和5#测点的波形均出现不规则变化,同时波速也有所下降;在裂纹扩展阶段,波形随着裂纹的扩展而发生不规则变化,波速也随应变的增加而呈明显下降趋势;裂纹贯通整个试件后,各测点的波形发生很大异常变化,且连续性差、波形不规则,波速较低.%This paper used simulated fractured rock material with cement mortar for uniaxial compression test.The ultrasonic wave gauge is used to measure the changes of the waveform and wave velocity along with the crack expansion of test piece during the pressurization process.Results show: At load of 0 MPa,there is micro flaw inside test piece,the wave form at 4# & 5# measuring spots have irregular changes.At load of 1~4 MPa,no crack occurred on surface of test piece,the wave form of ultrasonic wave became steady,the wave velocity at all measuring spots have no obvious change with the increment of strain,the wave velocity was slightly increased when the load was first applied.When there was cracks on surface,wave form at 2#,4# and 5# measuring spots have irregular changes,in the mean time the wave velocity also declined.During crack expanding stage,the wave form is changed irregularly with the expansion of crack,and the wave velocitywould decline obviously with the increment of strain;If the crack went through the whole test piece,the wave form at all measuring spots would have huge changes,with less continuity,irregular wave forms and relatively lower wave velocities.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】6页(P37-42)【关键词】岩石力学;含裂隙试件;单轴压缩试验;超声波检测;波形和波速【作者】杨治攀;胡鑫;周选林【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司, 重庆 400067;乐山市星源工程试验检测有限公司, 四川乐山 614000;重庆正达工程咨询有限公司, 重庆 400000【正文语种】中文【中图分类】U452.1+2随着我国基础设施建设的大力发展，山区高速公路的修建越来越多。
超声波测试在岩石试验中的应用分析作者简介：刘㊀利（１９６８－），男，湖南长沙人，本科，实验师，研究方向：岩土工程㊂刘㊀利（湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南长沙４１００００）摘㊀要：在地质工程作业中，岩石弹性模量㊁泊松比㊁抗压强度是岩体稳定性评价与工程设计施工必须考虑的力学参数㊂在对参数测定时，超声波测试具有简单快捷㊁经济可靠的优势，可同时测定多项动态岩体力学参数㊂本文首先对岩土体超声波测试技术原理展开分析，探讨了超声波测试在岩石试验中的应用情况，最后就相关工程案例展开论述，以期可为类似项目提供参考㊂关键词：超声波测试；岩石试验；物理力学参数；工程实例中图分类号：ＴＵ４５文献标识码：Ａ文章编号：２０９６－２３３９（２０１８）０４－００３９－０２㊀㊀岩石中声波的传播特征是岩体物理性态的反映，也是评价岩体稳定性㊁完整性的重要依据㊂目前，在岩土体力学研究方面，超声波检测方法的应用越加广泛，通过取得相关超声波声学参数，可间接了解岩石或岩体的物理力学特性㊁结构特征，解决一系列岩土工程中的相关问题㊂１㊀岩土体超声波测试技术分析岩土体超声波测试技术，是近年来发展起来的一种新型检测方法，它通过测定超声波穿透岩土体后的声波波速㊁衰减系数，获取相应的岩土体物理力学特性㊁结构特征，其方向感较强㊁指向性较好㊁穿透能力突出，同时设备轻便，使用方便经济㊂超声波测试原理如下：通过人工方式在试样／结构内激发一定频率的弹性波，并以不同频率在试样／结构内部传播，最后采用仪器接收相关信号（包括超声波传播时间㊁振幅㊁波形㊁频率等），经分析后获得试样／结构的力学特性等㊂超声波测试系统框图见图１㊂图１㊀超声波测试系统框图２㊀超声波测试在岩石试验中的应用情况超声波测试技术是岩土体物理力学研究的重要手段，现主要围绕超声波测试在岩石试验中的应用情况展开论述㊂２．１㊀超声波测试在岩石力学参数方面的应用岩石内声波的产生㊁传播㊁观测以及各种效应与岩石本身的关系，已形成一门新的学科 岩石声学，这也为超声波测试在岩石试验中的应用提供了相应的理论基础㊂目前，超声波测试应用最为广泛的是岩石力学参数的计算，早在上个世纪３０年代末，专家们就采用超声波对岩石弹性性质展开研究，２０世纪末我国学者林英松采用超声波测试法对三轴应力作用下砂岩㊁泥岩等干岩样进行了岩石力学参数的动静同步测试，并开展了相应的线性回归分析，为声学工具测定岩石力学静态参数提供了理论依据㊂近年来，超声波测试技术的应用越来越多，如：２００７年，杨圣奇等对不同尺度㊁不同粒径的大理岩块开展了超声波测试，分析了其声学特性参数的离散程度，并探讨了粒径对声学参数的影响；２０１１年，吴豪伟等利用超声波测试岩体和岩块中的波速，并以此对岩体完整性系数进行计算和评价㊂２．２㊀超声波测试在岩石破裂方面的应用在岩石力学研究中，岩石裂纹扩展是一大热点问题，其与岩石非线性变形㊁体积膨胀等密切相关，破裂存在不可逆性，因此必须了解其破裂过程方可认识岩石力学行为㊂波速对微结构敏感，当结构内部的细微变化都会使波速发生改变㊂超声波测试在岩石试验中的应用目的主要有三个：内部孔隙和裂纹的缺陷检测㊁岩石物性变化的测试㊁岩体耐久性的测试㊂根据相关研究显示，岩石的应变松驰变化幅度与波速变化幅度相关，应力作用下裂纹非线性演化行为与荷载作用下岩石弹性性质密度相关㊂基于波速对岩石结构不同的响应，可将其用于完整岩石㊁破碎岩石的区分，在相关岩土工程设计施工中具有重要的应用价值㊂３㊀实例探析３．１㊀试验概况本次试验以某工程地质详勘所得的岩芯为试块，分为三级，共计１２块，Ｉ级岩样裂隙清晰，ＩＩ级岩样有胶结９３良好的微节理，ＩＩＩ级岩样结构松散，无明显节理㊁裂隙㊂试验采用超声波测试技术，利用人工激励的超声波脉冲信号穿透岩石试样，以此获得纵㊁横波在岩石试样中的传播速度，要求计时系统时间分辨率高于０．１μｓ，纵波㊁横波测试分别采用凡士林耦合㊁铝箔耦合㊂３．２㊀波速测定本试验严格按照岩石试验规程进行纵㊁横波波速测试，具体如下：（１）对岩样开展外观描述，做好岩样长度的测量与记录，测量精度达０．０２ｍｍ；（２）开机预热３ ５ｍｉｎ，将纵波与标定硬铝柱间加耦合剂，分别测定纵㊁横波在硬铝柱中传播速度，采用 游标 读数法确定纵㊁横波换能器及仪器收发系统延迟时间，全部做好记录；（３）在纵波换能器涂上耦合剂，与试块耦合，对接收波形幅度进行调节，采用首波幅度等幅读数法获取各岩样纵波传播时间，计算纵波波速；（４）将岩样端面凡士林全部清理干净，将岩样夹放在两个横波换能器间，施以压力，采用 游标 读数法确定横波传播时间，计算横波波速；（５）计算岩样弹性参数：动弹性模量㊁动泊松比㊂３．３㊀计算结果本试验中各级岩样计算所得的动弹性模量（ＥＤ）㊁动泊松比（μＤ）如表１所示㊂表１㊀Ｉ级岩样动弹性参数计算结果岩样Ｉ级岩样ＩＩ级岩样ＩＩＩ级岩样１２３４１２３４１２３４密度ρ／（ｋｇ㊃ｍ－３）２６７２２６８０２７５７２６３１２７１５２７１５２７２５２７４４２５５８２４０８２４９９２５９２ＥＤ（ˑ１０４ＭＰａ）７．０５７．９１７．３５６．６９７．１２７．３３７．５８８．４００．９９１．７５０．８５３．００μＤ０．２４０．２００．１８０．１８０．２００．２１０．２２０．１５－０．４４－０．２８－０．５３－０．２１３．４㊀结果分析根据表中结果分析而控制，Ｉ㊁ＩＩ级岩样动弹性参数无异常，ＩＩＩ级岩样内部松散，造成纵㊁横波波速下降明显，计算时获得了负的泊松比，通过后续静力试验方法排除了主观操作失误㊂现主要对纵㊁横波波速测定时观测发现的问题展开分析㊂３．４．１㊀横波波速测试结果本试验中，由于岩样存在的不同程度发育的节理㊁裂隙影响测试结果，故而在岩样圆周每隔３０ʎ取一个方位开展波速测定，共计１２个方位，实现对岩样内部缺陷的全方位测定，并以１２个测值的平均值为最终测量结果㊂根据数据分析显示，ＩＩ级２㊁４号岩样横波波速受张裂隙影响巨大，不同方位测量结果变化巨大；ＩＩ级４号岩样波速值稳定在２５００ｍ／ｓ，远远低于前两类岩样均值３４００ｍ／ｓ，降幅达２７％，据分析显示此类围岩无明显节理裂隙，但是由于结构松散㊁风化严重，使得横波在内部传播时衰减较大，波速大幅下降㊂３．４．２㊀纵波波速测试结果根据各岩样纵波波速测试结果分析显示，Ｉ㊁ＩＩ级岩样纵波波速无显著差异，表明裂隙㊁胶结良好的节理对纵波影响不大；ＩＩＩ级岩样纵波波速显著下降，表明岩样内部结构致密性对纵波影响较大，呈现为正相关关系㊂根据ＩＩ级２号岩样㊁ＩＩＩ级１号岩样的纵波测试数据采集界面分析，发现两个显著变化：（１）主频显著减小，ＩＩ级２号岩样㊁ＩＩＩ级１号岩样主频分别为４７８Ｈｚ㊁３６Ｈｚ，前者为高频，后者为低频；（２）波形振幅显著降低㊂经分析，主频显著减小是由于Ⅲ级围岩结构松散，在岩石颗粒界面上出现声学耦合 不匹配 现象，纵波无法通过折射的方式穿过孔隙实现直线传播，历程较长，高频不断过滤，最终所得以低频为主；波形振幅显著降低是由于岩样内部不同介质交界面上的反射系数使波形振幅减小，同时内部松散结构引起几何弥散效应，加上吸收机理最终造成波形振幅衰减㊂４㊀结语综上所述，超声波测试技术在岩石试验中已经得到了较广的应用，本文对超声波测试在岩石试验中的应用情况与相关试验展开论述，分析了岩样内部松散结构对波速㊁波形振幅等的影响，以便更加客观地认识声波在岩石中的传播特性㊂为进一步提高超声波测试技术应用水平，应加强高品质换能器开发㊁声波层析成像技术研究，为试验分析提供可靠技术支持㊂参考文献：［１］㊀魏建新，狄帮让．岩石柱塞样品超声横波速度测试精度分析［Ｊ］．石油地球物理勘探，２０１２（６）：９１８－９２５．［２］㊀杨圣奇，温㊀森，李良权．不同围压下断续预制裂纹粗晶大理岩变形和强度特性的试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００７（８）：１５７２－１５８７．［３］㊀吴豪伟，蔡美峰．块体理论赤平解析法的节理裂隙岩体破坏预测分析［Ｊ］．中国矿业，２０１１（３）：５７－６０．０４。
单轴压缩条件下层状软岩破坏过程声发射特征研究摘要：本文基于单轴压缩实验条件下对层状软岩破坏过程中的声发射特征进行研究。
通过对试样的变形及声发射信号进行分析，探讨了层状软岩破坏前、破坏过程中和破坏后的声发射特征，包括其数量、频率、幅值、能量等特征。
研究发现在单轴压缩条件下，软岩试样的破坏过程伴随着明显的声发射信号，且随着应力的增加，声发射信号的数量、频率、幅值、能量均有明显增加，声发射信号的高频段能量越来越强烈，低频段能量逐渐变小。
研究结果将对层状软岩的破坏预测、监测和评价提供重要参考。
关键词：单轴压缩、层状软岩、破坏过程、声发射特征Abstract:Based on the single-axis compression experiment conditions, this paper studies the acoustic emission characteristics of layered soft rock during the failure process. By analyzing the deformation and acoustic emission signals of the sample, the acoustic emission characteristics before, during, and after the failure process of the layered soft rock were discussed, including the number, frequency, amplitude, energy, and other features. The study found that under single-axis compression conditions, the failure process of the soft rock sample is accompaniedby significant acoustic emission signals. With the increase of stress, the number, frequency, amplitude, and energy of the acoustic emission signals increase significantly, and the energy of the high-frequency band of the acoustic emission signals becomes stronger and stronger, while the energy of the low-frequency band gradually decreases. The results of this study will provide important reference for the prediction, monitoring, and evaluation of layered soft rock failure.Keywords: single-axis compression, layered soft rock, failure process, acoustic emission characteristics引言：层状软岩是一种形态复杂、性质不均、强度低、易破坏的地质体。
第45卷第5期2017年10月煤田地质与勘探COAL GEOLOGY & EXPLORATIONVol. 45 No.5Oct. 2017文章编号：1001-1986(2017)05-0105-07基于超声检测的软岩单轴流变损伤试验吴春、郭棋武\洪涛2,陈沉江2(1.湖南中大建设工程检测技术有限公司，湖南长沙410205;2.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083)摘要：采用软岩相似材料进行了 2种不同流变加载方式下的单轴流变损伤破坏试验，并通过超声 检测技术获得了软岩在各级流变阶段的超声信号。
试验结果表明：软岩相似材料具有强烈的黏、弹、塑性变形特征，选用西原模型对软岩各级流变过程进行模拟较为合适；当应力达到或超过软 岩试件单轴抗压强度的80%时，纵波波速曲线才会在流变过程中持续下降，出现可检测损伤迹象，而首波振幅曲线波动大，检测结果不准确；以波速定义损伤变量，得到了软岩流变过程损伤演化 曲线。
试验结果能为软岩工程长期流变下的结构穗定性提供依据。
关键词：软岩；单轴流变；损伤；超声检测；波速中图分类号：TU455 文献标识码：A D O I: 10.3969/j.issn.l001-1986.2017.05.019 Uniaxial rheological damage experiment of soft rock based on the ultrasonic testingWU Chun1,GUO Qiwu1,HONG Tao2,CHEN Yuanjiang2(1. Hunan Zhongda Construction Engineering Technical Testing Co. Ltd., Changsha 410205, China',2. School o f R esources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 4100S3, China) Abstract: The uniaxial rheology damage and failure tests o f soft rock were done under two different loading modes, and the ultrasonic signal o f each rheology process was monitored by ultrasonic detector. The test results were as follows: soft rock exhibited the obvious sticky, elastic and plastic characteristics and using visco-elastoplastic model to simulate every rheology process o f soft rock was suitable; when the stress reached or exceeded 80% o f soft rock uniaxial compressive strength, the longitudinal wave velocity curve would have sustainable down trend in the rheology process and the damage signals could be detected，but the amplitude curve o f first wave was not ac_ curate; the damage evolution curve o f rheology process could be got through defining damage variable by velocity. The results could provide basis for the structure stability o f soft rock engineering during long-term rheological process.Keywords: soft rock; uniaxial rheology; damage; ultrasonic testing; wave velocity软岩作为一类特殊的岩体，具有松软弱等特征，在流变过程中内部微裂隙及微孔隙易随着外部应力 的作用而扩展，并导致新微缺陷的产生，在新旧微 缺陷的耦合作用下最终导致岩石的宏观破坏[1_2]。
岩 石的破坏过程本质上是一个时效性的损伤迭加过程。
损伤变量作为一个热力学内变量，无法通过试 验直接测量，但考虑到损伤必然引起一些物理量参 数的变化，所以在实际研究中往往通过其他表示方 式来间接地表示损伤变量的值，借此描述岩石损伤的程度[3_6]。
目前，一些研究主要依据岩体流变参数 随时间逐渐弱化的事实，通过引人损伤变量来修正 流变模型中定常参数，使之成为随时间增长而发生 变化的非定常流变参数，从而达到修正线性流变本 构模型、建立非线性蠕变损伤本构模型的目的。
例 如：许宏发等[7]根据软岩的单轴压缩蠕变试验，讨 论了软岩强度和弹性模量的时间效应问题，分析了 岩石损伤的时间效应，提出了长期弹模和长期损伤 变量的概念；范庆忠等[8]通过对单轴压缩条件下软收稿日期：2016-10-07基金项目：国家自然科学基金项目(51274251)Foundation item：National Natural Science Foundation of China(51274251)第一作者简介：吴春(1983_),男，湖南洞口人，工程师，从事工程检测及岩土工程监测方面的研究.E-mail: 69654521@通讯作者：陈沉江(1970—)，男，湖南湘潭人，博士，副教授，从事岩土与环境安全工程方面的研究工作.E-mail: cyjsafety@引用格式：吴春，郭棋武，洪涛，等.基于超声检测的软岩单轴流变损伤试验[J].煤田地质与勘探，2017, 45(5): 105-111.WU Chun, GUO Qiwu, HONG Tao, et al. Uniaxial rheological damage experiment of soft rock based on the ultrasonic testing[J]. Coal Geology & Exploration, 2017, 45(5)：105-111.•106 •煤田地质与勘探第45卷岩轜变曲线的分析，在Burgers模型基础上引入损伤变量和硬化函数，建立了软岩轴向和横向的非线性蠕变模型。
近年来，伴随着损伤检测技术的发展，无损检测设备开始应用于岩石损伤的检测。
相比于损伤理论研究，无损检测技术不仅可以了解岩石的损伤现象，而且提供了对岩石损伤变量描述的试验支持。
范秋雁等[9]以南宁盆地泥岩为研究对象，进行了一 系列单轴压缩无侧限蠕变试验和有侧限蠕变试验来分 析泥岩的蠕变特性，配合扫描电镜，着重分析了泥岩 蠕变过程中细观和微观结构的变化。
谢卫红等[1()]采用 带扫描电镜的岛津SE M高温疲劳试验机系统对高 温作用下的石灰岩在不同加载方式下细观结构进行 了实时试验研究；丁靖洋[11]等借助盐岩单轴流变- 声发射试验，分析了流变3个特征阶段与声发射事 件数的对应关系，并基于W eibull分布构建了声发 射事件数随加载时间的关系式，进而获得了损伤变 量的演化关系式。
以上研究借助无损检测技术给出 了岩石流变不同的损伤变量描述，进而在此基础上 建立了不同的岩石损伤演化方程及本构方程描述岩 石的非线性力学特性，为岩石工程中的力学分析计 算提供了一种新的思路与方法。
本文采用超声检测技术进行了软岩相似材料的 单轴压缩流变损伤破坏试验的检测，分析分级增量 加载方式和分级增量循环加卸载下的软岩流变特性 和不同流变阶段的超声信号，构建了软岩的西原模 型，并试图以波速定义损伤变量，以期得到不同加 载方式下的软岩流变过程损伤演化曲线。
成果可以 为工程软岩结构的超声波无损检测提供借鉴与参考，防止岩土工程灾害的发生。
1软岩单轴流变损伤检测试验1.1相似材料试件的制备试验选用文献[12]中的YA3组相似材料配比模 拟直罗组砂岩，即选用普通河沙(直径小于2 mm)作 为粗骨料，普通硅酸盐水泥及石膏作为胶结材料，试验用水为自来水，材料配比为砂：水泥：石膏= 0.82 : 0.16 : 0.1(质量比)，水胶比为0.5 :1，砂胶 比为3.1 : 1，未加早强剂。
参考国际岩石力学试验 规程制作长方体试件，尺寸为70 mm><70 mm><140 mm,试件成型后在试验室自然养护28 d后进行试 验，模具及试件样品如图1所示。
1.2试验仪器设备试验采用的主要仪器设备：RYL-600型微机控 制岩石剪切流变仪，主要用于岩石和岩石弱面的流图1模具及试件Fig.l Mould and specimen变试验，也可用于岩石直剪、岩石单轴压缩、岩石 双向压缩等试验；RSM-SY5(T)非金属超声波检测 仪要用于岩体或其他非金属与金属试样的检测、超 声回弹测混凝土强度、混凝土裂缝检测和基桩完整 性检测等，配备了一对50 k H z的换能器用于测定 超声波穿过试件后的纵波波速。
1.3软岩单轴流变过程超声检测试验单轴流变试验前，在同一批次的试件中，挑选 3个进行单轴抗压试验，得到单轴抗压强度值，取 平均值作为试样单轴抗压强度参考值。
流变试验采 用2种流变加载方式：一是分级增量加载，流变过 程中无卸载过程，分别按单轴抗压强度参考值的10%、20%、30%、40%、50%、80%和 90%的比例 进行加载，加载压力分别为3.095 kN、6.19 kN、9.285 1kN、12.38 kN、16 kN、24 kN、32 kN;另 一加载方式为分级增量循环加卸载，按照单轴抗压 强度参考值的10%、20%、40%、60%和80%的比 例分级加卸载，加载压力分别为1.57 kN、3.141 kN、6.282 kN、9.423 kN、12.564 kN〇其中，每一级加 载速度为100 N/s，卸载速度为300 N/s。
考虑到流 变试验时间长，而试验者每次检测都是徒手固定超 声换能器，为确保每次检测时换能器所在位置相同，在试件两侧面分别画2条横线，将试件分成 上、中、下3个检测区域，如图2所示。
试验过程中图2换能器安放位置划分示意图Fig.2 Position of transducer懲第5期吴春等：基于超声检测的软岩单轴流变损伤试验• 107 •9.4236.2823.1412 -1.570 50100150 200时间/h图3软岩单轴流变压力-时间曲线Fig.3 Uniaxial rheological pressure-time curve of soft rock 3.5「进行超声检测，每一级加载时，第1个小时前30 min 采样间隔为5 min ，后30 min 采样间隔为10 min , 第2个小时每20 min 采集一次超声数据，第3个小 时每30 min 采集一次超声数据，之后每1 h 采集一 次超声数据。
