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专利号: 2023101749331
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于超声波测试的岩石冻融后脆性程度评价方法,其特征在于,方法步骤如下:Step1、制备标准岩石样品并烘干,获得岩石样品未冻融时干燥状态下的体积、质量及波速;

Step2、对岩石样品进行饱和和冻融循环处理;

Step3、每冻融一定次数后烘干,获得岩石样品冻融后干燥状态下的体积、质量及波速;

Step4、重复步骤Step2、Step3,直至达到特定的冻融循环次数;

Step5、根据岩石样品的体积和质量计算岩石样本相应冻融次数时的密度;

Step6、根据岩石样品不同冻融次数时的密度、纵波和横波的波速分别和冻融次数进行回归分析,得到岩石样品的密度、纵波和横波的波速分别与冻融次数的拟合关系;

Step7、利用密度、纵波和横波的波速获得岩石样品的动弹性模量、动剪切模量和动体积模量,并根据岩石样品不同冻融次数时的动弹性模量、动剪切模量和动体积模量采用极差标准化数学处理手段,进行归一化处理;

极差标准化公式为:

其中, 为参数标准化后的值,无量纲;Si为参数值;Smax为参数最大值;Smin为参数最小值;

冻融作用下岩石参数最小值需采用冻融试验获取,耗费大量的时间,且最大冻融次数没有统一标准,当岩石冻融次数足够多,其弹性模量、剪切模量和体积模量近似为0,则上式变为Step8、获得岩石样品不同冻融次数时的脆性指数,整理得到以冻融次数为变量的脆性指数表达形式;

Step6中,岩石样品的密度、纵波和横波的波速与冻融系数的拟合关系分别为:ρ=2.21‑0.0014n

‑n8.90

vp=1554.44+1131.72e

vs=1678.59‑25.05n

其中,ρ表示所述岩石样品不同冻融次数时的密度,n表示冻融次数,vp表示岩石样品的纵波波速;vs表示岩石样品的横波波速;

Step7中,岩石样品的动弹性模量、动剪切模量和动体积模量的计算公式分别为:其中,Ed为动弹性模量;Kbd为动体积模量;G为动剪切模量;ρ为岩石的密度;

岩石脆性指数表达式为:

其中,BI表示岩石的脆性指数; 分别为动弹性模量、动剪切模量、动体积模量标准化后的值,无量纲;f、g分别表示BI相关参数的表达式,ρ表示岩石样品的密度,vp表示岩石样品的纵波波速,vs表示岩石样品的横波波速,n表示冻融次数。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波测试的岩石冻融后脆性程度评价方法,其特征在于,Step1和Step3中烘干工艺为:将岩石样品放入高低温交变湿热试验箱中,设置烘干温度为105℃,时间为24小时。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声波测试的岩石冻融后脆性程度评价方法,其特征在于,Step2中对岩石样品进行饱和包括:将岩石样品置于真空缸中,加蒸馏水至水面没过岩石样品,真空泵抽气使压力达到‑0.1MPa 6小时,然后用蒸馏水浸泡18小时。

4.根据权利要求3所述的一种基于超声波测试的岩石冻融后脆性程度评价方法,其特征在于,Step2中对岩石样品进行冻融包括:将岩石样品放入高低温交变湿热试验箱中,设置冻结温度为‑30℃,时间为4小时;融化温度为30℃,时间为4小时;设置高低温交变湿热试验箱的升降温时间为0.5小时;单次冻融循环时间总计9小时。

5.根据权利要求1所述的一种基于超声波测试的岩石冻融后脆性程度评价方法,其特征在于,Step3中每冻融3次进行烘干,Step4中最终达到的冻融循环次数为24次。