准动态单轴压缩中类岩材料波速变化试验研究.pdfVIP

第 44卷 第 19期 人 民 长 江 Vo1．44．No．19 2013年 10月 Yangtze River 0et．． 2013 文章编号 ：1001—4179(2013)19—0059—05 准动态单轴压缩中类岩材料波速变化试验研究 黄 晓 程，李 海 波，夏 祥，王 秒，宋 全 杰 (中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学 国家重点实验室，湖北 武汉 430071) 摘要 ：为 了解岩石 内部的损伤程度和微裂纹发展状况，对单轴准动态荷载下石膏试样应力状态和纵波速度 的 关系开展 了试验研究。在轴 向荷栽作用下，分别对石膏试样 的纵 向和横 向进行 了声波测试。结果表 明：低强 度石膏试样的应力声速 曲线特征 明显，其峰值后 曲线可以划分为4个阶段 ，各阶段声速变化与试样 的损伤破 坏相一致 ，与应力应变曲线的各变化阶段也能很好对应 ，且试样 的应力波速关系在轴 向和横 向表现 出相似 的 变化特征 。石膏试样的损伤 阂值 出现在应力为抗压强度60％ ～80％时 ，从应力应变曲线看 ，损伤 闽值 出现在 试样 由弹性变形 向塑性变形转 变的阶段 。 关 键 词 ：单轴压缩 ；石膏试样 ；声速 ；损伤阈值 ；类岩材料 中图法分类号 ：TU45 文献标 志码 ：A 岩石单轴压缩过程通常会伴随着岩石内部微裂纹 超声波速的关系 。现 阶段 ，在岩石领域 的超声波速 的闭合 、扩展和贯通 ，而在裂隙中传播的超声波除与岩 研究多集中在加载过程中声波波速的整体变化规律和 石母体的弹性力学参数有关外 ，还与岩石 中微裂纹的 用声波波速表示的岩石力学参数 ，更多的是将声波波 分布密切相关。通过研究岩石声波速的变化 ，可很好 速当作研究岩石动态和损伤特性 的一种工具 ，但 由于 地了解岩石 内部的损伤程度及微裂纹发展状况。 岩石破坏 临界点前后 的突变与阶段 的短暂性 ，导致 目 20世纪60年代 ，Brich对处于静水压力状态下的 前对岩石破坏前后这一突变 阶段的声波变化规律缺乏 岩石波速进行了研究 ，指出弹性波速随 围压的增大而 研究，关于损伤阈值前后 的声波变化规律 的研究 比较 增大，当围压达到一定值后 ，波速 的增量减 小 ¨。国 笼统；且 目前对应力波速 的研究多集 中于静态荷载作 内对波速 一应力关系的研究始于20世纪 70年代 ：高 用下，对于动态荷载下的应力应变与波速的研究，由于 龙生对中国大陆岩石标本在高围压下的超声波速进行 动荷载加载的困难及时间的短暂，而使波速测量较困 了研究 ；赵明阶等人在单轴加载条件下对岩石声学 难 。本文试验采用 100kN／s的加载速率 ，及较低 参数与应力关系及岩石强度与超声波速进行 了研究， 的材料强度 ，从而使荷载达到准动态 ，模拟动态荷载下 建立 了岩石在单轴加载全过程 中超声波速及衰减系数 的岩石应力应变过程 ，在每加一级荷载后 ，测试岩石的 随应力变化的理论关系 ；张培源理论推导 了岩石 声波速度 。 弹性模量与弹性波速 的关系 ；刘洋等人关于用弹性 1 材料准动态单轴压缩试验和声波测试 波预测岩石强度的方法的研究 ，探讨 了弹性波与岩石 强度的关系 。至于岩石 的声波速度与岩石 的损伤 1．1 试验选样 关系 ，徐蓉等研究了岩石损伤特性与强度 的超声波速 本文试验采用石膏来研究波速随应力的阶段性变 关系 ，对于动态荷载下岩石损伤与应力波速 的研 化 ，主要从 以下角度来考虑 ：若选用强度较高、弹性性 究，国内学者如史瑾瑾等研究过岩石冲击损伤特性与 质较强的试样 ，在试验过程