Способ определения фазовых скоростей упругих волн в горных породах при изменении их напряженного состояния

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 щ) 4 Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ cð. СОщ„, "-,, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

Н ASTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ " ".(1.фИ (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВЫХ СКОРОСТЕЙ УПРУГИХ ВОЛН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ИХ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для изучения (21) 4109290/22-03 (22) 16.06.86 (46) 23.04..88. Бюл. У 15 (71) Институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта (72) Г.А.Ефимова, И.В.Жуков и В.А.Калинин (53) 622.289 (088.8) (56) Молотова Л.В. О дисперсии объемных волн в терригенных породах.

Изд-во АН СССР. Физика Земли, 1966, Ф 8, с.36-46. Воларович М.П. и др. Физико-механические свойства горных пород и минералов при высоких давлениях и температурах. — М.: Наука, 1974, с.2325. свойств и состояния горных пород.

Цель изобретения — повышение точности измерений. Горные породй при их нагружении прозвучивают с помощью упругих импульсов..Регистрируют прошедшие импульсы. Измеряют базы прозвучивания и время распространения упругих волн.в породе. Дополнительно определяют фаэовые спектры фрагментов регистрируемых импульсов при исходном. напряжении Рр и действующем напряжении P и вычисляют фазовую скорость для каждой фиксированной компоненты спектра. Длительность анализируемого фрагмента регистрируемого импуЛьса выбирают иэ условия (21/С q, где

1 и С соответственно мощность наибо1 лее тонкого прозвучиваемого слоя и скорость упругих волн в нем при напряжении P,, Благодаря данному способу используются более чувствительные параметры и обеспечиваются постоянные контактные условия в процессе нагружения породы. 1 ил.

1390356

Изобретение относится к горному елу и предназначено для изучения с войств и состояния горных пород по изменению скорости распространения в

Йих упругих волн.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже изображена измерительая система для определения фазовых 10 коростей в горных породах.

Измерительная система содержит енератор импульсов 1, пьезопреобраователь 2, блок 3 горной породы, ьезоприемник 4, усилитель 59 осцил- 15 ограф 6, аналого-цифровой преобразоатель 7, процессор 8, временной сеектор 9, анализатор 10 спектра и пресс 11.

Работа измерительной системы за- 20 ключается в следующем. !

Излучаемые генератором электриеские импульсы возбуждают пьезопребразователь 2, закрепленный на стене блока 3 породы и генерирующий 25

1. льтразвуковые акустические импульсы. Прошедшие через блок 3 горной

Породы упругие импульсы поступают на пьезоприемник 4, закрепленный на противоположной грани образца так, что- 30 бы ось9 проходящая через центры рабо чих поверхностей излучателя и приемЙика, была строго перпендикулярна раням образца, что необходимо для беспечения условий нормального паения для прямой продольной волны.

Электрические импульсы с пьезоприем:ника подаются на усилитель 5, затем на осциллограф 6 для визуального контроля и параллельно — на аналого-циф- 4О ровой преобразователь 7 и процессор

8 для частотного анализа. Для отсечки неинформативной части импульса анализируемый временной интервал задается в программе для машинного рас-„ чета фазовых спектров. Также возможно применение временного селектора

9 в комбинации с анализатором 10 спектра. Исследуемый блок горной по-. роды помещен между обкладками гидрав50 лического пресса 11.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходном напряженном состоянии горной породы, при нулевом усилии

- 99 «55 пресса или нагрузке, имитирующей фоновое" статическое напряжение Р,осуществляют прозвучивание горной породы, определяя время распространения упругого импульса в горной породе по первому вступлению прямой продольной волны и одновременно определяя фазовый спектр фрагмента регистрируемого импульса.

Длительность анализируемого фрагмента регистрируемого импульса выбирают из условия

Я (21/С где 1 С вЂ” соответственно мощность

9 Р и скорость упругих волн в наиболее тонком прозвучиваемом слое, при исходном напряжении Р, затем нагружают горную породу до напря>кения Р, причем Po c P i P где Р „ — предел прочности горной породы. Определяют фазовый спектр соответствующего фрагмента регистрируемого импульса при напряжении Р и определяют фазовую скорость для каждой фиксированной компоненты спектра при напряженном состоянии P по формуле

С у; = L(P) /(t + д V„ /ы,), где С . — фазовая скорость для част9 тоты Е 9.

Е(Р) — изменение базы прозвучивания при нагрузке; — время распространения упругих волн при исходном напряжении Р, в q. — разность фаз частоты f; при напряжениях P u P ;

Ы - циклическая частота, Ы1= — 2п/f ..

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерений фазовой скорости за счет использования более чувствительного параметра (изменение фазы сигнала), а также обеспечения постоянных контактных условий в процессе нагружения породы. формула изобретения

Способ определения фазовых скоростей упругих волн в горных породах при изменении их напряженного состояния, включающий прозвучивание горных пород при их нагружении с помощью упругих импульсов, регистрацию прошедших импульсов, измерение базы прозвучивания и времени распространения упругих волн в породе, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений,