冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法技术

本发明专利技术公开了一种冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，包括步骤：一、制备充填节理岩石试样；二、单边冻融循环作用下充填节理岩石试样波速和岩石层波速的测量；三、充填节理层波阻抗的计算；四、充填节理层损伤度的计算；五、建立单边冻融循环次数与充填节理岩石试样的劣化度的关系曲线。本发明专利技术能够实现对充填节理层岩石试样中的充填节理层的波阻抗进行实时测量，并以充填节理层的波阻抗作为评价充填节理层岩石的整体损伤劣化的因素，结果更加精确，便于推广使用。便于推广使用。便于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法


[0001]本专利技术属于岩石损伤测试
，具体涉及一种冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法。

技术介绍

[0002]冻融破坏被认为是寒区工程灾害的重要诱因之一。在寒区，由于季节和昼夜温差的周期性变化，大部分岩体会承受冻融循环的作用，进而发生力学性质变化。且实验室进行岩石冻融循环试验时，大多采用三维冻结，但随着研究发现，天然工况中存在单边冻融情况，比如岩质边坡等工况，因此研究单边冻融条件下岩体的冻融损伤至关重要。而天然岩体是由许多矿物经长期的地质作用而形成的集合体，内部存在大量的充填节理，充填节理对冻融循环作用更为敏感，加速岩石强度劣化。因此，研究冻融过程中充填节理的损伤度对寒区地上工程和地下工程稳定性分析具有重要意义。岩石波阻抗反映了应力波在岩石中穿透和反射的能力，是准确评估岩体动力响应及动力稳定行的重要参数，可通过波阻抗定义岩石充填节理的损伤。
[0003]目前，传统的波阻抗法主要针对的是完整岩石，而充填节理岩石是多物质叠合组成的岩体，且充填节理厚度较小，一般为5mm左右，波速仪的探头不便直接测得波阻抗，故现有波阻抗法不适用于含充填节理的岩石。除此之外，目前现有的冻融循环装置不能兼顾冻融试验及岩石波阻抗测量，试验耗时长、且精确度低，因此目前需要一种新型的用于测试充填节理损伤及岩石劣化的方法来解决目前存在的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，实现对充填节理层岩石试样中的充填节理层波阻抗的测量，并以充填节理层的波阻抗作为评价充填节理层岩石的整体损伤劣化的因素，结果更加精确，便于推广使用。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤一、制备充填节理岩石试样；
[0007]所述充填节理岩石试样包括上下两个岩石层和夹设在上下两个岩石层之间的充填节理层；
[0008]步骤二、单边冻融循环作用下充填节理岩石试样波速和岩石层波速的测量：
[0009]步骤201、将充填节理岩石试样放入单边冻融循环波阻抗测量装置中；所述单边冻融循环波阻抗测量装置包括放样箱、与放样箱单侧连通的冻融循环箱、设置在冻融循环箱上的冻融机构、以及设置在放样箱上且用于测量充填节理岩石试样顶面中心与底面中心之间波速的第一波速仪和用于测量岩石层两个相对的竖直面之间波速的第二波速仪；
[0010]步骤202、启动冻融机构，对放样箱中的充填节理岩石试样进行单边冻融循环试
验，在第n次单边冻融循环后，使用第一波速仪测量充填节理岩石试样在第n次单边冻融循环后的波速V
P1n
，使用第二波速仪测量岩石层在第n次单边冻融循环后的波速V
P2n
；其中，n为正整数；
[0011]步骤203、循环执行步骤202，直至单边冻融循环试验的循环次数到达最大设定值；
[0012]步骤三、充填节理层波阻抗的计算：
[0013]根据公式计算充填节理层在第n次单边冻融循环后的波阻抗Z
n
，其中，H为充填节理层的高度，L1为岩石层的高度，L2为岩石层的长度和宽度,V
n
为充填节理层在第n次单边冻融循环后的波速，M为饱水充填节理岩石试样的质量；
[0014]步骤四、充填节理层损伤度的计算：
[0015]根据公式计算充填节理层在第n次单边冻融循环后的损伤度D
n
，其中，Z0为充填节理层在单边冻融循环前的波阻抗；
[0016]步骤五、以充填节理层的损伤度为充填节理岩石试样的劣化度，建立单边冻融循环次数与充填节理岩石试样的劣化度的关系曲线，完成充填节理岩石劣化测试。
[0017]上述的冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于：所述冻融机构包括控制器、均设置在冻融循环箱上的制冷介质供给机构、制冷介质回收机构、加湿机构、加热板和液体回收机构，以及设置在冻融循环箱内的空气循环机构和温湿度传感器；
[0018]所述加湿机构包括设置在冻融循环箱顶部的储水箱、用于连通储水箱与冻融循环箱的供水管、以及设置在供水管上的供水阀门，供水管伸入至冻融循环箱顶板内的一端设置有雾化喷头；
[0019]所述冻融循环箱的底板上表面为斜面，所述液体回收机构包括开设在冻融循环箱底板上表面最低处的排水孔、通过排水孔与冻融循环箱连通的集水箱、以及设置在冻融循环箱与集水箱之间的集水管，所述集水管上设置有集水阀门；
[0020]所述加热板设置在冻融循环箱的底板下侧。
[0021]上述的冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于：所述制冷介质供给机构包括设置在冻融循环箱顶部的制冷介质储存罐、用于连通制冷介质储存罐与冻融循环箱的耐低温管路、以及设置在耐低温管路上的供气阀门；
[0022]所述制冷介质回收机构包括负压气体回收罐、连接在负压气体回收罐上的气体回收管、以及设置在气体回收管上的气体回收阀门，气体回收管远离负压气体回收罐的一端设置在冻融循环箱顶板上。
[0023]上述的冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于：所述温湿度传感器与控制器连接，所述空气循环机构、供水阀门、集水阀门、加热板、供气阀门和气体回收阀门均由控制器进行控制。
[0024]上述的冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于：所述空气循环机构包括设置在冻融循环箱底板上侧的第一循环风扇和设置在冻融循环箱
侧壁上的第二循环风扇。
[0025]上述的冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于：所述充填节理岩石试样的外侧壁与放样箱的内壁接触；所述放样箱的顶板和底板上均开有第一预留孔，第一预留孔供第一波速仪的两个第一探头接触充填节理岩石试样，放样箱与冻融循环箱相接触的两个侧板上均开设有第二预留孔，第二预留孔供第二波速仪的两个第二探头接触岩石层侧壁，两个第一探头的探测中心和两个第二探头的探测中心均位于同一竖直面上，第二探头的探测中心与岩石层的侧壁中心重合。
[0026]上述的冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于：步骤202中，启动冻融机构进行一次单边冻融试验的具体步骤为：
[0027]步骤s1、控制供气阀门打开，制冷介质储存罐内的制冷介质受重力作用经耐低温管路进入冻融循环箱内，并持续汽化，当温湿度传感器检测到冻融循环箱内温度达到冻结试验温度值后，控制供气阀门关闭，开始冻结过程；
[0028]温湿度传感器实时检测冻融循环箱内温度是否达到冻结试验温度值，若冻融循环箱内温度高于冻结试验温度值，则控制供气阀门打开，向冻融循环箱内注入制冷介质，直至冻融循环箱内温度达到冻结试验温度值后，控制供气阀门关闭；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、制备充填节理岩石试样；所述充填节理岩石试样包括上下两个岩石层(1)和夹设在上下两个岩石层(1)之间的充填节理层(2)；步骤二、单边冻融循环作用下充填节理岩石试样波速和岩石层波速的测量：步骤201、将充填节理岩石试样放入单边冻融循环波阻抗测量装置中；所述单边冻融循环波阻抗测量装置包括放样箱(3)、与放样箱(3)单侧连通的冻融循环箱(4)、设置在冻融循环箱(4)上的冻融机构、以及设置在放样箱(3)上且用于测量充填节理岩石试样顶面中心与底面中心之间波速的第一波速仪(5)和用于测量岩石层(1)两个相对的竖直面之间波速的第二波速仪(6)；步骤202、启动冻融机构，对放样箱(3)中的充填节理岩石试样进行单边冻融循环试验，在第n次单边冻融循环后，使用第一波速仪(5)测量充填节理岩石试样在第n次单边冻融循环后的波速V
P1n
，使用第二波速仪(6)测量岩石层(1)在第n次单边冻融循环后的波速V
P2n
；其中，n为正整数；步骤203、循环执行步骤202，直至单边冻融循环试验的循环次数到达最大设定值；步骤三、充填节理层波阻抗的计算：根据公式计算充填节理层(2)在第n次单边冻融循环后的波阻抗Z
n
，其中，H为充填节理层(2)的高度，L1为岩石层(1)的高度，L2为岩石层(1)的长度和宽度,V
n
为充填节理层(2)在第n次单边冻融循环后的波速，M为饱水充填节理岩石试样的质量；步骤四、充填节理层损伤度的计算：根据公式计算充填节理层(2)在第n次单边冻融循环后的损伤度D
n
，其中，Z0为充填节理层(2)在单边冻融循环前的波阻抗；步骤五、以充填节理层的损伤度为充填节理岩石试样的劣化度，建立单边冻融循环次数与充填节理岩石试样的劣化度的关系曲线，完成充填节理岩石劣化测试。2.按照权利要求1所述的冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于：所述冻融机构包括控制器、均设置在冻融循环箱(4)上的制冷介质供给机构、制冷介质回收机构、加湿机构、加热板(7)和液体回收机构，以及设置在冻融循环箱(4)内的空气循环机构和温湿度传感器(12)；所述加湿机构包括设置在冻融循环箱(4)顶部的储水箱(13)、用于连通储水箱(13)与冻融循环箱(4)的供水管(14)、以及设置在供水管(14)上的供水阀门(15)，供水管(14)伸入至冻融循环箱(4)顶板内的一端设置有雾化喷头(16)；所述冻融循环箱(4)的底板上表面为斜面，所述液体回收机构包括开设在冻融循环箱(4)底板上表面最低处的排水孔、通过排水孔与冻融循环箱(4)连通的集水箱(17)、以及设
置在冻融循环箱(4)与集水箱(17)之间的集水管(18)，所述集水管(18)上设置有集水阀门(19)；所述加热板(7)设置在冻融循环箱(4)的底板下侧。3.按照权利要求2所述的冻融循环作用下基于充填节理波阻抗的岩石劣化测试方法，其特征在于：所述制冷介质供给机构包括设置在冻融循环箱(4)顶部的制冷介质储存罐(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴少波，刘欢，宋浪，高志华，李显鹏，柴连增，宋博阳，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：