[发明专利]超声波岩石锚杆状态监测的方法和系统

权利要求书

1.一种用于确定岩石锚杆是否已进入塑性变形区域、岩石锚杆的永久伸长、岩石锚杆正在经历的轴向应力、或岩石锚杆正在经历的总伸长的方法，所述方法包括：

在第一时间点，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量剪切和纵向波中每一个的第一飞行时间；

在第一时间点之后的第二时间点，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量剪切和纵向波中每一个的第二飞行时间；

确定温度校正值；

使用第一和第二飞行时间以及温度校正值来计算第一和第二时间点的剪切和纵向超声波中每一个的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化；以及

利用第一和第二飞行时间的温度校正的相对变化，确定岩石锚杆状态变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述岩石锚杆是否已进入塑性变形区域包括

确定i)对(ii)的曲线的斜率，所述i)为纵向超声波的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化，所述ii)为剪切超声波的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化，和

将所述斜率同纵向超声波的应力系数与剪切超声波的应力系数的比例进行比较。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述应力系数的比例在所述岩石锚杆处于弹性变形区域时，在校准试验中获得或通过绘制i)对ii)的曲线获得。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述永久伸长根据下式确定：

其中l是所述岩石锚杆在第二个时间点的无应力长度，l₀是所述岩石锚杆在第一时间点的无应力长度，是剪切超声波的第一和第二飞行时间的温度校正的相对变化，是纵向超声波的第一和第二飞行时间的温度校正的相对变化，并且是纵向超声波的应力系数对剪切超声波的应力系数的比例。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述应力系数的比例是在所述岩石锚杆处于弹性变形区域时，在校准试验中获得或通过绘制i)对ii)的曲线获得，所述i)为纵向超声波的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化，所述ii)为剪切超声波的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述岩石锚杆正在经历的轴向应力根据下式确定：

其中σ-σ₀是第一和第二时间点之间的轴向应力差，是剪切超声波的第一和第二飞行时间的温度校正的相对变化，是纵向超声波的第一和第二飞行时间的温度校正的相对变化，是纵向超声波的应力系数对剪切超声波的应力系数的比例，并且是纵向超声波的应力系数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述应力系数的比例是在所述岩石锚杆处于弹性变形区域时，在校准试验中获得或通过绘制i)对ii)的曲线获得，所述i)为纵向超声波的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化，所述ii)为剪切超声波的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述岩石锚杆正在经历的总伸长根据下式确定：

其中Δl是所述岩石锚杆的总伸长，l₀是所述岩石锚杆在第一时间点的无应力长度，E是杨氏模量，是剪切超声波的第一和第二飞行时间的温度校正的相对变化，是纵向超声波的第一和第二飞行时间的温度校正的相对变化，是纵向超声波的应力系数对剪切超声波的应力系数的比例，并且是纵向超声波的应力系数。

9.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述温度校正值包括，在第一时间点测量所述岩石锚杆头部的第一温度，和在第二时间点测量所述岩石锚杆头部的第二温度。