基于声波波速测试充填体质量试验研究

　　声波探测技术是通过研究超声波在物质中的传播规律来判断物质内部结构状态及其他物理性质指标的一种测试技术[1]。近年来在岩石力学等相关学科的研究中发现,声波在岩石中的传播速度与岩石的内部构造、应力状态与抗压强度等都存在着较好的关联性。20世纪90年代以来,随着各种测试技术的不断完善与发展,利用声波波速检测混凝土建筑、桥梁、桩基以及地下工程中围岩、矿柱的稳定性等方面也取得了较大的进展[2-5]。

　　在利用充填法作为采矿方法的矿山,充填体的质量是保证整个回采过程充填体稳定性的重要因素。其中充填体的抗压强度作为材料的一种主要的力学特性,是检验充填体质量的主要指标。本文拟通过研究尾砂胶结充填体抗压强度与其声波波速之间对应的关系,建立相应的数学模型来预测充填体的抗压强度,从而为充填体质量分析提供基础的研究依据。

　　1 试验内容

　　1.1 现场取样

　　为了使试验研究的成果能应用到工程实际,试验的材料需要与现场保持较好的一致性,所以本试验的充填体试样来自于某矿山。现场由于充填工艺过程的差别,料浆进入采场后的分层离析等原因造成充填体质量的差别。所以本试验在不同采场的不同位置先预设PVC管,管的直径为76 mm,高度为152 mm,充填结束后一个月,将预埋的PVC管取出,经过脱模、切割、打磨、加工,共制作成试验所需的试样10块。试样的规格为直径76mm,高度105mm。

　　1.2 试样声波检测

　　将加工制作好的试样集体编号,利用带有纵波探头的RSM-SY5声波智能检测仪测量充填体试样的纵波速度。测定方法为将被测试样沿长轴方向放在具有压电晶体的两个探头之间,其中一个探头作为脉冲声波发射源,另一个探头作为脉冲声波接收器。接收后的脉冲通过声波检测仪自带的微型计算机进行处理,并将结果显示在屏幕上。若试样的高度(长轴)为L,到达时间为T,则声波在该试样中的纵波速度为V=L/T。对一个试样反复测试5次,取其算术平均值作为最终的测试值。测试结果详见表1。

　　1.3 试样抗压强度测试

　　将测过波速以后的充填体试样依次进行单轴抗压强度试验,试验在RMT-150C数控电液伺服试验机上进行,具体试验方法:将充填体试样依照编号置于试验机上下承载板之间并居中放置,然后启动试验机以0.2 kN/s的加载速率对试样施加轴向载荷,直至破碎。记录此时的峰值载荷,并按Rc=P/A计算其单轴抗压强度值。测试记录详见表1。

　　2 试验数据处理

　　2.1 数据分析

　　对试验的10组数据进行分析处理后,绘制了如图1所示的充填体纵波波速与抗压强度对应关系图,由图1可以看出,除了个别试样由于试件本身存在一定缺陷所造成的数据失真以外,整个充填体的抗压强度与其纵波波速之间存在着极好的对应关系,即通过充填体的纵波波速越大,充填体的抗压强度越高。