[发明专利]一种利用超声波检测裂隙类岩石材料损伤的分析方法

说明书

本发明公开了一种利用超声波检测裂隙类岩石材料损伤的分析方法，所述方法包括：对待测岩石材料同时进行声波测试和单轴压缩试验，记录试验过程中的应力、应变值与声波信号；将所得声波信号进行数据处理，得声波信号时域图，提取首波声时t，通过公式计算不同荷载作用下声波在试件内传播的波速v；将上述波速v代入公式计算波速v的n阶变化比ΔV_i；根据所得ΔV_i数值判别损伤点的位置。与现有技术相比，本发明可通过无量纲常量波速的n阶变化比ΔV_i判断材料在加载过程中的损伤状况以及破坏点。

技术领域

本发明涉及一种分析方法，尤其涉及一种利用超声波检测裂隙类岩石材料损伤的分析方法，属于声波检测技术领域，特别是涉及工程结构裂缝的检测。

背景技术

大多数地下工程结构(挡土墙、桩基础、隧道衬砌)由岩石材料构成且处于受压状态，随着压力的施加，材料内部易出现微裂缝延伸和扩展造成损伤积累，最终出现结构变形失稳，导致工程整体发生破坏，甚至造成巨大的经济损失和人员伤亡。岩石内部裂隙等节理结构弱面的存在是岩体发生破坏根源之一，所以对岩体内部裂隙的识别或者预测其裂纹扩展显得尤为重要。

声波检测作为一种有效、灵敏地无损检测方法，广泛应用于结构的内部缺陷检测，King等研究应力加载过程中微裂隙和裂缝的闭合直接影响到波速测试结果，可以利用加载过程中波速的变化来判别裂纹的扩展规律。陈耕野等研究岩石裂隙损伤对超声衰减的影响，分析了品质因子下降量与应力比率的关系，进一步阐述了裂纹扩展的声学规律。Kurtulus等对不含节理、含有节理的大理岩试件进行超声测试，结果表明含有节理的衰减较明显，并且分析了节理条数与超声波速的关系。

上述研究仅分析了加载过程中波速随着裂缝的变化，但对于如何检测出岩石在受压过程中的损伤点研究较少，材料损伤的检测是声波检测领域研究重点，是现在工程结构缺陷检测技术领域急需解决的问题之一。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种利用超声波检测裂隙类岩石材料损伤的分析方法，通过对单轴压缩过程中的岩石进行声波检测，获取其声学信号，再对提取的信号进行数据处理，从而达到快速、准确的检测目的。

本发明提供一种利用超声波检测裂隙类岩石材料损伤的分析方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：对待测岩石材料同时进行声波测试和单轴压缩试验，记录试验过程中的应力、应变值与声波信号；

步骤S2：将步骤S1所得声波信号进行数据处理，得声波信号时域图，提取首波声时t，通过公式(1)计算不同荷载作用下声波在试件内传播的波速v；

其中，l为试件长度，t为声波在岩石试件内传播的首波到达的时间；

步骤S3：将步骤S2所得波速v代入公式(2)计算波速v的n阶变化比ΔV_i：

其中，ΔV_i为在第i级荷载作用下的波速与前后两级荷载作用下的波速差值之比的n次方，即波速的n阶变化比；v_i为第i级荷载作用下的波速；n为指数，具体为不为0的自然数，后面亦做阶数；

步骤S4：根据步骤S3所得ΔV_i数值判别损伤点的位置。

优选地，步骤S4中，当ΔV_i数值变化明显时，则对应该ΔV_i数值的点为损伤点。

优选地，步骤S3中，将步骤S1所得应力、应变值与其对应步骤S2所得的波速v作出应力(σ)-波速(v)关系，通过所得应力(σ)-波速(v)关系分析其近似为分段函数。

优选地，步骤S4中，对步骤S3给出的n阶变化比ΔV_i，进行理论验证及说明：