Методика проведения эксперимента. Для проведения работ, требующих повышенной точности регистрации времени прохождения импульса через образец горной породы

Для проведения работ, требующих повышенной точности регистрации времени прохождения импульса через образец горной породы, используют специальную установку Бетон-3М. Прибор позволяет измерить скорость распространения продольных ультразвуковых волн в исследуемом материале, величина которой зависит от упругих характеристик и плотности материала.

1 – излучатель и приемник; 2 − горная порода.

Рисунок 9.1 – Схема расположения пьезометров при изменении скоростей упругих волн и поглощении способами многократных отражений (а), дискретных колебаний (б), просвечивания с одного пикета (в) и просвечивания под углом (г).

Конструкция прибора. Прибор включает в себя следующие блоки:

– электронный блок;

– излучатель;

– приемник.

Электронный блок заключен в кожух. На передней панели приемно­го блока расположены:

– индикаторная лампа включения прибора;

– индикаторная лампа автоматического сигнализатора времени рас­пространения;

– переключатель дискретного отсчета «Х10»;

– переключатель дискретного отсчета «Х1»;

– переключатель дискретного отсчета «Х0, 1»;

– тумблер, задержка;

– переключатель «коррекция»;

– тумблер «+200»;

– разъем «вход» «У» осциллографа;

– разъем «излучатель»;

– разъем «приемник»;

На задней стенке кожуха расположен предохранитель и разъем подключения сетевого шнура, а на передней − тумблер включения «сеть».

Подготовка прибора к работе:

− подсоединить к прибору, в соответствии с разъемами, кабели излучателя и приемника;

− переключатели дискретно-цифрового отсчета «Х10», «X1», «Х0, 1» установить в верхнее положение, тумблер «задержка» в выключенное положение;

− подключить сетевой шнур и включить сеть, поставить тумблер питания в верхнее положение;

смазать торцы датчиков техническим вазелином и прижать их друг к другу. Через 3− 10 с должен начать работать излучатель, что сопровождается появлением характерного звука частотой 15-20 Гц. При этом должна загореться индикаторная лампа АСВР;

− придерживая пальцами торцы датчика прибора, раздвинуть их. Индикаторная лампочка должна гореть, пока расстояние между торцами датчиков будет менее 60-80 мм. При дальнейшем увеличении расстояния между торцами датчиков, лампа АСВР должна погаснуть.

Порядок выполнения работы:

− подготовить образцы горной породы. Замерить размеры;

− прижать торцы датчиков к исследуемому образцу, обеспечить на­дежный акустический контакт. При этом необходимо обратить внимание, чтобы торцевые поверхности датчиков были чистыми и смазаны вазелином;

− установить тумблер «+200» в верхнее положение. Если при этом загорается индикаторная лампа АСВР, тумблер «+200» возвращается в нижнее положение, если не загорается лампа АСВР, тумблер остается в верхнем положении.

Переключатель дискретного отсчета «Х10» поворачивают по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы АСВР. При загорании индикаторной лампы ручку с множителем «Х10» повернуть против часовой стрелки на одно положение. Лампа должна погаснуть.

Переключатель дискретного отсчета «X1» поворачивается по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы АСВР. При загорании индикаторной лампы ручку поворачивают против часовой стрелки на одно положение, лампа должна погаснуть.

Переключатель дискретного отсчета «Х0, 1» вращают по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы АСВР. На этом изме­рения заканчиваются.

Снимается отсчет показаний тумблера и переключателей дискретно­го отсчета.

Пример: Тумблер «+200» в нижнем положении – 0; ручка с множителем «Х10» показывает 12; ручка с множителем «X1» показывает 14; ручка с множителем «Х0, 1» показывает 8.

Отсчет: мксек

По данным измерения базы и времени распространения ультразвука вычисляют скорость импульсов по формуле:

, (9.1)

где L – база прозвучивания, см;

t – время прохождения ультразвука через испытуемый материал, мкс.

Эксперимент проводится на образцах одной и той же горной породы. Необходимо исследовать ненарушенные (монолитные). горные породы и породы, нарушенные искусственными трещинами.

Скорости прохождения ультразвуковой волны через горную породу, находящуюся в разных физических состояниях, сравнить и сделать вывод.

Рассчитать модуль Юнга по формуле:

, (9.2)

где r – плотность исследуемой горной породы, кг/м³.

Рассчитать коэффициент анизотропии слоистых горных пород по формуле:

, (9.3)

где E_П и E_^ – модули Юнга, определенные соответственно парал - лельно и перпендикулярно напластованию.

По результатам испытаний заполнить таблицы 9.1 – 9.3 и сделать выводы.

Таблица 9.1 – Модуль Юнга для цельных и нарушенных

трещинами пород

Таблица 9.2 – Модуль Юнга и коэффициент анизотропии слоистых пород, определенные вдоль и поперек напластования

Таблица9.3 – Зависимость времени прохождения ультразвуковой волны от базы прозвучивания

Контрольные вопросы

1. Какие методы исследований упругих показателей горных пород существуют?

2. В чем заключается методика проведения эксперимента определения модуля Юнга динамическим способом:

− приборы и оборудование;

− требования к образцам;

− последовательность выполнения работы;

− расчет модуля Юнга по полученным результатам для цельных и нарушенных трещинами пород (таблица 9.1);

− расчет коэффициента анизотропии для слоистых горных пород (таблица 9.2);

− результаты определения зависимости времени прохождения ультразвуковой волны от величины базы прозвучивания (таблица 9.3)?

3. Какие выводы можно сделать по работе?