Способ определения фазовых скоростей упругих волн в горных породах при изменении их напряженного состояния Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

(21)4109290/22-03

(22)16.06.86

(46) 23.04..88. Бюл. № 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-вр АН СССР. Физика Земли, 1966, № 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.23- 25. .

(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

свойств и состояния горных пород. Цель изобретения - повышение точности измерений. Горные породН при их нагружении прозвучивают с помощью упругих и шyльcoв. .Регистрируют прошедшие импульсы. Измеряют базы про- звучивания и время распространения упругих волн.в породе. Дополнительно определяют фазовые спектры фрагментов регистрируемых импульсов при исходное напряжении Рд и действующем напряжении Р и вычисляют фазовую скорость для каждой фиксированной компоненты спектра. Длительность анализируемого фрагмента регистрируемого импульса выбирают из условия и 21/Cf, где 1 и С g соответственно мощность наиболее тонкого прозвучиваемого слоя и скорость упругих волн в нем при напряжении Р . Благодаря данному способу используются более чувствительные параметры и обеспечиваются постоянные контактные условия в процессе на- гружения породы. 1 ил.

(Л

DO

:о

о со

С71

05

изобретение относится к горному Делу и предназначено для изучения свойств и состояния горных пород по изменению скорости распространения в них упругих волн.

Целью изобретения является повьппе ние точности измерений„

На чертеже изображена измерительная система для определения фазовых скоростей в горных породах.

Измерительная система содержит генератор импульсов 1, пьезопреобра- зователь 2, блок 3 горной породы, г:ьезоприемник 4, усилитель 5, осцил- л-Еограф 6, аналого-цифровой преобразо катель 7, процессор 8, временной се- j:eKTOp 9, анализатор 10 спектра и пресс 11.

Работа измерительной системы заключается в следующем.

Излучаемые генератором 1 электрические импульсы возбуждают пьезопре- образователь 2, закрепленный на стенке блока 3 породы и генерирующий ьтразвукозые акустические импульсы. Прошедшие через .блок 3 горной породы упругие импульсы поступают на хьезоприемник 4, закрепленный на про 1гивоп оложной грани образца так, чтобы ось, проходящая через центры рабо их поверхностей излучателя и прием- ика, была строго перпендикулярна граням образца, что необходимо для обеспечения условий нормального па- цения для прямой продольной волны. Электрические импульсы с пьезоприем- ника подаются на усилитель 5, затем на осци1шограф б для визуального контроля и параллельно - на аналого-цифровой преобразователь 7 и процессор

8для частотного анализа. Для отсечки неинформативной части импульса анализируемьш временной интервал задается в программе для машинного расчета фазовых спектров. Также возможно применение временного селектора

9в комбинации с анализатором 10 спектра. Исследуемый блок горной породы помещен между обкладками гидравлического пресса 11.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходном напряженном состоянии горной породы, при нулевом усилии 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

-г - 21/с

Р

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где 1, Сл - соответственно мощность и скорость упругих волн в наиболее тонком прозвучиваемом слое, при исходном напряжении Р, затем нагружают горную породу до напряжения Р, причем Р g : Р Рд, где Р д, - 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 Р по формуле

Cf; L(P)/(t + Л Ф, /W;),

где С j - фазовая скорость для частоты f ; L(P) -изменение базы прозвучивания при нагрузке; t - время распространения упругих волн при исходном напряжении PJ;

а If.- разность фаз частоты fj при напряжениях Р и Ш)- циклическая частота, Шр

2n /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, включаншщй прозвучивание горных пород при их нагружении с помощью упругих импульсов, регистрацию прошедших импульсов, измерение базы прозвучивания и времени распространения упругих волн в породе, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений.

дополнительно определяют фазовые спектры фрагментов регистрируемых импульсов при исходном напряжении РО и действующем напряжении Р и определяют фазовую скорость для каясдой фиксированной компоненты спектра по формуле

Cf. L(P)/(t + J (Г, /Л);),

напряжении Р ;

Л(/. - разность фаз частоты fj при напряжениях Р и LU - циклическая частота, ш- ,,

при этом длительность анализируемого фрагмента регистрируемого импульса выбирают из условия

где Cf. - фазовая скорость для часто-. .,

. ты f.;

L(P) - изменение базы прозвучива-где 1 и С - соответственно мощность

ния при нагрузке; jjнаиболее тонкого прозвучиваемого слоя

t - время распространения уп-и скорость упругих волн в нем при наругих волн при исходномпряжении Р ,

10

/.