脆性岩石损伤演化及破坏前兆的声发射特性研究

作     者：李佳申 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵瑜

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：岩石力学 声发射 裂纹分类 破坏前兆 K-means算法 

摘      要：导致岩土工程地质灾害的直接原因是岩体在复杂受载条件下损伤演化后的失效破坏。声发射信号(Acoustic Emission,简称AE)的特征与岩石损伤演化过程有着一定的对应关系,是研究岩石损伤破裂的重要手段。通过对大理岩、花岗岩、灰岩和砂岩进行室内单轴压缩试验、巴西劈裂试验和改进的剪切试验,获得了岩石损伤破裂全过程的力学与AE信息。从不同岩石和不同破裂模式两个角度研究了岩石损伤破裂全过程的AE特征参数和波形参数演化特征,其中特征参数包括:AE事件率、累计事件数、能率(能量)、累计能量、幅值、b值和RA-AF值,波形参数:AE主频及对应的幅值。此外,基于RA-AF值进行裂纹分类方法及破坏前兆指标研究。主要研究成果如下:(1)通过耦合分析AE特征参数揭示了四种岩石AE源活跃度和强度的演化特征,表明AE事件率、AE能率和b值等特征参数在岩石临界破坏前会出现明显的前兆特征,且不同破裂模式对应AE特征参数的演化规律不同。(2)利用快速傅里叶变换计算并提取了AE波形的主频及对应的幅值。通过耦合分析AE主频及对应的幅值,揭示了四种岩石损伤破裂过程中占主导的AE信号,以及不同破裂模式对应的AE信号类型;此外,还发现了可作为岩石破坏前兆特征的AE信号类型。(3)基于KDE方法和K-means算法,耦合巴西劈裂试验和改进的剪切试验中采集到的AE数据(RA、AF值)确定了四种岩石的拉、剪裂纹分界线,并用于破裂源分析中。基于已确定的拉、剪裂纹分界线提出了相应的岩石破坏前兆指标CV(r),当CV(r)的数值增加到超过1时,岩石接近破坏或已经发生破坏。