[发明专利]一种无损声波全弹性参数探测装置及方法

权利要求书

1.一种无损声波全弹性参数探测装置，其特征在于，包括第一架体(1)、第二架体(2)和第三架体(3)，所述第一架体(1)、第二架体(2)和第三架体(3)上分别设有刻度指示标签(4)；所述第一架体(1)上设有架体滑槽(5)，所述第二架体(2)通过所述架体滑槽(5)滑动于所述第一架体(1)的一侧，所述第三架体(3)通过所述架体滑槽(5)滑动于所述第一架体(1)的另外一侧，第二架体(2)和第三架体(3)互相平行并与第一架体(1)形成半包围状；

所述第一架体(1)上设有若干第一探头组件(6)，第一架体(1)上还设有第一探头滑槽(7)，第一探头组件(6)通过所述第一探头滑槽(7)滑动于第一架体(1)；所述第二架体(2)上设有若干第二探头组件(8)，第二架体(2)上还设有第二探头滑槽(9)，第二探头组件(8)通过所述第二探头滑槽(9)滑动于第二架体(2)；所述第三架体(3)上设有若干第三探头组件(10)，第三架体(3)上还设有第三探头滑槽(11)，第三探头组件(10)通过所述第三探头滑槽(11)滑动于第三架体(3)。

2.根据权利要求1所述的一种无损声波全弹性参数探测装置，其特征在于，所述第二架体(2)和第三架体(3)分别通过螺栓固定于所述第一架体(1)上；所述第一探头组件(6)通过螺栓固定于所述第一架体(1)上，所述第二探头组件(8)通过螺栓固定于所述第二架体(2)上，所述第三探头组件(10)通过螺栓固定于所述第三架体(3)上。

3.根据权利要求1所述的一种无损声波全弹性参数探测装置，其特征在于，所述第一探头组件(6)至少设有七个探头模块，所述第二探头组件(8)和第三探头组件(10)分别设有两个探头模块。

4.根据权利要求3所述的一种无损声波全弹性参数探测装置，其特征在于，每个所述探头模块包括探头支架(12)、纵波声波换能器(13)和横波声波换能器(14)，纵波声波换能器(13)和横波声波换能器(14)并列设置在探头支架(12)上，纵波声波换能器(13)和横波声波换能器(14)分别经引线(15)连接有示波器(16)。

5.根据权利要求4所述的一种无损声波全弹性参数探测装置，其特征在于，所述探头模块通过探头支架(12)沿探头滑槽滑动，探头支架(12)通过螺栓与架体固定连接。

6.一种无损声波全弹性参数探测方法，所述探测方法采用如权利要求1至5任意一项所述的探测装置，其特征在于，所述探测方法包括以下步骤：

将待探测的岩石样本置于第一架体(1)、第二架体(2)和第三架体(3)之间形成的半包围状空间中；

对所述岩石样本至少两个相互垂直面上的竖直方向波速进行探测，对所述岩石样本至少两个相互平行面上的水平方向波速进行探测；

根据所述竖直的声波波速和水平的声波波速获取声波探测经过岩石样本后相位速度和波速的角度，基于克里斯托弗尔方程获取所述岩石样本的弹性参量。

7.根据权利要求6所述的一种无损声波全弹性参数探测方法，其特征在于，利用第一架体(1)上的第一探头组件(6)和第二架体(2)上的第二探头组件(8)组合，或第一架体(1)上的第一探头组件(6)和第三架体(3)上的第三探头组件(10)探测经过所述岩石样本竖直的声波波速，利用第二架体(2)上的第二探头组件(8)和第三架体(3)上的第三探头组件(10)声波探测经过所述岩石样本水平的声波波速。

8.根据权利要求6所述的一种无损声波全弹性参数探测方法，其特征在于，将所述岩石样本的应力应变关系根据胡克定律采用刚性矩阵表示为：

其中，C_i,j是弹性常数，σ_x，σ_y，σ_z为三个方向的正向应力，τ_xy，τ_yz，τ_xz为剪应力，ε_x，ε_y，ε_z，γ_xy，γ_yz，γ_xz为剪应变。

9.根据权利要求8所述的一种无损声波全弹性参数探测方法，其特征在于，根据一维波动方程的通解公式基于最小二乘法获取岩石样本的弹性参量；

所述一维波动方程的通解公式为：

其中，U_i表示质点的位移量，A_i表示振动强度，λ表示波长，n_r表示声波的振动方向矢量，x_r表示位置矢量，v表示波速，t表示时间。