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

(54) СПОСОБ ОПРЕ РОСТЕЙ УПРУГИХ В ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ИХ НИЯ(57) Изобретение делу и предназна ЕЛЕНИЯ ФАЗОВЫХ СКОЛН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯ относится к горномуено для изучения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Молотова Л.В. О дисперсииобъемных волн в терригенных породах.Изд-во АН СССР. Физика Земли, 1966,В 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,фъ ФСф НИЯ фифам)"64",( свойств и состояния горных пород. Цель изобретения - повышение точности измерений. Горные породЬ при их нагружении прозвучивают с помощью упругих импульсовРегистрируют 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 Р и вычисляют фазовую скорость для каждой фиксированной компоненты спектра. Длительность анализируемого фрагмента регистрируемого импуЛьса выбирают иэ условия " (21/С 1, где 1 и С соответственно мощность наиболее тонкого прозвучиваемого слоя и скорость упругих волн в нем при напряжении Р Благодаря данному спосо- С бу используются более чувствительные параметры и обеспечиваются постоянные контактные условия в процессе нагружения породы. 1 ил.ритгльазовых Изобретение относится к горномуелу и предназначено для изучения свойств и состояния горных пород по изменению скорости распространения в Йих упругих волн,Целью изобретения является повыше ние точности измерений.На чертеже изображена изме ая система для определения ф 0 коростей в горных породах,Измерительная система содержит енератор импульсов 1, пьезопреобраователь 2, блок 3 горной породы, ьезоприемник 4, усилитель 5, осцил ограф 6, аналого-циФровой преобразо. атель 7, процессор 8, временной сеектор 9, анализатор 10 спектра и пресс 11, Р б та измерительной системы заа о ключается в следующем,)Излучаемые генератором 1 электриеские импульсы возбуждают пьезопребразователь 2, закрепленный на стене блока 3 породы и генерирующий 25 льтразвуковые акустические импульсы, Прошедшие через блок 3 горной Породы упругие импульсы поступают на пьезоприемник 4, закрепленный на противоположной грани образца так, что бы ось, проходящая через центры рабочих 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 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 породы помещен между обкладками гидрав 50 лического пресса 11,Способ осуществляют следующим образом.В исходном напряженном состоянии горной породы, при нулевом усилии-и 55 пресса или нагрузке, имитирующей фоновое" статическое напряжение Р ,осу. ществляют прозвучивание горной породы, определяя время распространенияупругого импульса в горной породе по первому вступлению прямой продольной волны и одновременно определяя фазовый спектр фрагмента регистрируемого мпульсаДлительность анализируемого фрагента регистрируемого импульса выбиают из условия я( 21/С 1(Р)/И +/ы,),где С . - фазовая скорость для час тоты е1,(Р) - изменение базы прозвучивания при нагрузке;- время распространения упругих волн при исходном напряжении Р,й . - разность фаз частоты Е,при напряжениях Р и Р ;Ы- циклическая частота, Ы 1=- 2 п/й,.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 и з о б р ения Способ определения фазовых скорос тей 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений,где 1 С - соответственно мощностьйи скорость упругих волн в наиболее тонком прозвучиваемом слое, при исходном напряжении Р, затем нагружают горную породу до напряжения Р, причем Ро с РР , 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 Р по формуле39035 б 1 Г с 21/С оставитель К.Лыковехред М.дидык едактор Г.Г орректор О. Кундр каз 1746 34 9 рственного обретений и Ж, Раушс Проектная, 4 изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужго дополнительно определяют фазовые спектры фрагментов регистрируемых импульсов при исходном напряжении Р и действующем напряжении Р и опо5 ределяют фазовую скорость для каждой фиксированной компоненты спектра по формуле где С. - фазовая скорость для часто. ты Г.; Е(Р) - изменение базы прозвучивания при нагрузке; 15- время распространения упругих волн при исходном/ ТиражВНИИПИ Госудпо делам и 113035, Москва,напряжении Р;В . - разность фаз частоты Г;1при напряжениях Р и Ро;, - циклическая частота, Ьу;2 Г(/Е. нри этом длительность анализируемогофрагмента регистрируемого импульсавыбирают из условия где 1 и С - соответственно мощность наиболее тонкого прозвучиваемого слоя и скорость упругих волн в нем при напряжении Ро Подписноемитета СССРткрытийя наб., д, 4