加载方向变化对Kaiser效应影响的试验研究

作     者：杨卫 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈俊智;余贤斌

授予年度：2013年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：声发射 Kaiser效应 方向变化 单轴压缩 劈裂试验 

摘      要：原岩应力测定是采矿和岩土工程中非常重要的一环。现今使用的原岩应力测定方法还不能用较低的成本获得较为可靠的结果。声发射Kaiser效应法为原岩应力测定开辟了一条新道路。这种新方法虽然有诸多优点,但仍存在一些根本问题未曾得到解决。其中,加载方向与主应力方向成一定角度时,Kaiser效应的存在与否直接决定了测定结果的可靠性。 针对这点,论文对福建花岗岩和高黎贡山花岗岩进行了压缩试验和巴西劈裂试验。在压缩试验中制作了纵断面为正六边形、正八边形和正方形的岩样,而劈裂试验的岩样采用的是大直径薄圆盘。研究了前后两次加载成一定角度时对Kaiser效应影响的问题。测定了岩石容重,绘制了应力—应变曲线并通过它得到了50%抗压强度处的弹模、泊松比等参数。绘制了时间—应力(累计能量)、时间—应力(累计振铃计数)、时间一应力(累计声发射数)等曲线。主要得到了以下结论： (1)在Kaiser点判断方面,时间—应力(累计能量)曲线明显优于时间—应力(累计振铃)曲线,而后者又优于时间—应力(累计声发射数)曲线。 (2)单轴逐级循环加卸载条件下,Kaiser效应存在的应力水平介于33%至83之间,劈裂逐级循环加卸载条件下,Kaiser效应存在的应力水平介于15%至77%之间。两者都超出了许多岩石Kaiser效应存在的应力水平(约为30%～80%)。笔者认为,Kaiser效应存在于弹性阶段的说法更为准确。因为Kaiser效应从根本来自于岩石的损伤,其记忆应力的能力,实际来源于记忆应变的能力,而只有在弹性阶段,应力和应变才有很好的对应关系。 (3)单轴压缩试验中,前后两次加载方向成45°、60°、90°时,Kaiser效应不存在。 (4)劈裂试验中,前后两次加载方向成0°、10°、15°、20°、30°时,有部分岩样能够观察到Kaiser效应,但在旋转20°、30°时记忆效果更差。 (5)不保载(加载后立即卸载)的情况下,单轴逐级循环加卸载和劈裂逐级循环加卸载试验的Kaiser效应都无多期性,即只记忆先前最大应力。 (6)劈裂条件下的声发射事件数明显少于单轴压缩状态下的声发射事件数。 (7)单轴压缩破坏试验中,初始加载时声发射有所增长,直到单轴抗压强度的20%时,开始趋于平稳。而劈裂试验中,声发射一直平稳增长。 (8)单轴压缩试验中,声发射猛烈增长出现在单轴抗压强度的84.47%处,至抗压强度的94.71%处时声发射数几乎不再增加,直至岩样破坏。而劈裂试验中声发射猛烈增长点与抗压强度几乎重合,没有声发射平静期,属突发性破坏。