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断层黏滑失稳过程声发射特征试验研究

岩石力学与工程学报 2022年第S2期41卷 3101-3113页

作者：赵扬锋樊艺荆刚刘玉春王学滨辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 辽宁工程技术大学理学院辽宁阜新123000

为研究断层黏滑过程中的声发射特征,对预制不同倾角的粗晶正长花岗岩断层模型进行摩擦滑动试验,分析不同加载速率、不同侧压下断层黏滑失稳的声发射特征的演化过程。结果表明:(1)在一个黏滑过程中,应力积累阶段内的声发射事件数目稳定增... 详细信息

为研究断层黏滑过程中的声发射特征,对预制不同倾角的粗晶正长花岗岩断层模型进行摩擦滑动试验,分析不同加载速率、不同侧压下断层黏滑失稳的声发射特征的演化过程。结果表明:(1)在一个黏滑过程中,应力积累阶段内的声发射事件数目稳定增长,声发射能级都比较小;断层失稳错动时,声发射事件突增,而且伴随高能级的声发射事件,能量远大于其他事件,说明断层失稳时产生数量更多、强度更大的声发射活动,而且声发射能量突增发生在断层亚失稳阶段,可以利用高能量声发射事件发生对断层黏滑进行预测。(2)在不同加载条件下断层黏滑特征有所不同。侧压和倾角改变时,断层面应力状态的变化影响凹凸体的接触状态,宏观表现为断层面的摩擦强度改变。随着侧压增大,断层发生黏滑的剪应力增加,应力降增大。倾角由34°变为45°时,黏滑更不容易发生,失稳时释放的应变能更大,且在45°倾角下黏滑事件峰值应力不断增大,倾角为56°时,断层面剪应力持续增加,但不发生黏滑。在加载速率减小时,黏滑周期变长,加载过程中断层面之间有相对长的时间进行调整和物理愈合,断层面受力状态发生变化,断层失稳的应力降增大。(3)加载条件发生改变时,声发射特征发生变化。侧压增大时,声发射计数增长率增大,声发射活动更加频繁,同时高频率的幅值增大,断层微破裂的产生和扩展更加复杂。倾角由34°变为45°,低频信号的幅值明显增大,这说明倾角的改变使得断层出现更大尺度的微破裂。

关键词：岩石力学黏滑平直断层断层倾角侧压声发射

加载速率与断层倾角对断层矿震失稳影响的试验研究

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岩土力学 2022年第S1期43卷 35-45页

作者：刘玉春荆刚赵扬锋樊艺潘一山辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学理学院辽宁阜新123000 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110036

研究断层黏滑过程力学特征及规律,对预测断层矿震的发生具有重要的理论意义和现实意义。试验以粗晶正长花岗岩为例,采用双轴加载的方式进行直剪摩擦滑动试验,研究了不同断层倾角黏滑失稳特征,分析了不同侧压下加载速率为0.5、1.0、5.0μ... 详细信息

研究断层黏滑过程力学特征及规律,对预测断层矿震的发生具有重要的理论意义和现实意义。试验以粗晶正长花岗岩为例,采用双轴加载的方式进行直剪摩擦滑动试验,研究了不同断层倾角黏滑失稳特征,分析了不同侧压下加载速率为0.5、1.0、5.0μm/s时对断层错动黏滑失稳的影响。研究结果表明:断层黏滑失稳时临界剪应力随着加载速率的增大是先减小再增大,而应力降随着加载速率的增大呈下降趋势,低速加载、高侧压时,断层发生黏滑所需的临界剪应力最大,断层发生黏滑时产生的应力降最大。侧压增大时,临界剪应力增大,平均应力降增大,平均黏滑周期增大。加载速率越低,平均应力降越大,同一侧压下平均黏滑周期越大,侧压变化对平均黏滑周期的影响越显著。黏滑周期与加载速度之间满足负对数线性关系,且不受侧压影响。断层倾角由56°变为45°时,在相同的侧压下临界剪应力增大,平均应力降减少,平均黏滑周期增大。断层倾角为34°试样达到峰值应力时,断层发生瞬间失稳现象,随着围压的增大,发生失稳时能量的释放也越大。大倾角断层易发生断层矿震,但释放能量小、震级低,而小倾角断层不易发生断层矿震,一旦发生失稳,释放的能量大震级高。开采速度对断层矿震的发生有着直接的影响,在某一开采速度下断层矿震最易发生,且释放能量也较大,在生产中一定要避开这个开采速度。

关键词：断层矿震黏滑加载速率断层倾角应力降

基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波到时拾取技术研究

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岩石力学与工程学报 2022年第8期41卷 1610-1625页

作者：赵扬锋王进铭潘一山王学滨赵伟樊艺辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁省矿山沉陷灾害防治重点实验室辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110036

微震信号P波初至拾取是微震数据处理的关键步骤之一。为了实现微震信号P波初至到时的精确拾取,针对微震信号不同信道各时段受噪声污染程度不同的特点,使用归一化后的信噪比、信号的明显程度和信号初至起跳点的明显程度叠加的信噪指数代... 详细信息

微震信号P波初至拾取是微震数据处理的关键步骤之一。为了实现微震信号P波初至到时的精确拾取,针对微震信号不同信道各时段受噪声污染程度不同的特点,使用归一化后的信噪比、信号的明显程度和信号初至起跳点的明显程度叠加的信噪指数代替单一信噪比来量化微震信号的质量。以信噪指数作为判定条件选取质量较高的信号作为输入来提高P波到时准确度,设计一种基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波初至到时拾取算法(QONSL方法)。为了验证该方法的可行性和有效性,分别对测试数据和阜新市五龙矿微震监测数据进行处理。对测试数据的处理结果表明,在量化微震信号的质量时,信噪指数比信噪比更准确,且信噪指数越大,到时拾取结果越接近准确到时。对阜新市五龙矿三分向数据处理结果表明,QONSL方法可以通过信噪指数快速锁定信号质量较高的信号通道并快速拾取微震P波初至到时,综合120个微震信号的到时拾取结果来看,与准确到时的误差保持在5 ms之内,将86个微震事件的到时误差控制在2 ms以内。与STA/LTA算法相比,QONSL算法拾取精度整体提升72%,整体误差范围波动减少75%。QONSL方法受噪声影响较小,具有较高的拾取效率和精度,可为煤层水力压裂、矿山动力灾害实时监测以及后续的微震自动高精度定位计算提供参考。

关键词：采矿工程微震 P波到时到时拾取信噪指数 STA/LTA QONSL方法

循环荷载作用下煤岩电荷感应与微震信号变化规律

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水资源与水工程学报 2023年第5期34卷 172-182页

作者：赵扬锋丁玲刘玉春李兵辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁省矿山沉陷灾害防治重点实验室辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学理学院辽宁阜新123000

为进一步提高深部地下工程中煤岩失稳破坏监测预警的针对性和准确性,采用自主研发的多通道电荷感应和微震综合监测系统,监测和分析在不等幅循环荷载作用下煤岩变形破裂过程中电荷感应和微震信号的时、频特性和能量特征,并与单轴压缩实... 详细信息

为进一步提高深部地下工程中煤岩失稳破坏监测预警的针对性和准确性,采用自主研发的多通道电荷感应和微震综合监测系统,监测和分析在不等幅循环荷载作用下煤岩变形破裂过程中电荷感应和微震信号的时、频特性和能量特征,并与单轴压缩实验进行对比。结果表明:循环荷载下煤岩在不同阶段的电荷感应和微震信号各具特点,卸载段会产生较多微破裂和损伤,煤样在发生多裂纹贯穿劈裂破坏前会频繁出现峰值较小的电荷感应信号,需特别注意。对微震信号傅里叶变换进行频谱分析,发现微震信号频谱特征能够很好地反映煤样内部裂隙的扩展状态,并且主频幅值的增高与微震信号的增强具有同步性。采用电荷感应和微震信号共同划定煤岩的受载阶段,可以得到更加准确的失稳预警信息。

关键词：煤岩失稳破坏循环荷载电荷感应微震信号时频特征

基于线性方程-Adam算法的微震震源定位研究

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中国安全生产科学技术 2023年第11期19卷 63-70页

作者：赵扬锋赵伟王进铭潘一山辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁省矿山沉陷灾害防治重点实验室辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110036

为了提高矿山微震震源定位精度及定位稳定性,提出线性方程-Adam定位方法。通过仿真模型实验分析各参数对定位结果的影响,最后利用柿竹园矿爆破实验和人工爆破实验验证该定位方法的定位精度及定位稳定性。研究结果表明:线性方程-Adam算法... 详细信息

为了提高矿山微震震源定位精度及定位稳定性,提出线性方程-Adam定位方法。通过仿真模型实验分析各参数对定位结果的影响,最后利用柿竹园矿爆破实验和人工爆破实验验证该定位方法的定位精度及定位稳定性。研究结果表明:线性方程-Adam算法在2个实验中的定位误差分别约为3.9,8.2 m,相较于提到的其他算法,其定位精度均提高了30%以上。研究结果可为矿震震源反演定位提供参考。

关键词：微震定位线性方程-Adam算法步长因子

含水煤岩变形破坏过程电荷感应和微震信号特征试验研究

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实验力学 2023年第1期38卷 119-130页

作者：刘玉春潘一山赵扬锋李兵辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁省矿山沉陷灾害防治重点实验室辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学理学院辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110036

为了监测煤层注水减弱煤层的冲击倾向性和底板突水增加矿井冲击危险性的效果,利用电荷感应和微震同步监测系统,对平顶山矿井的原煤和砂岩开展单轴压缩下不同含水率煤岩的电荷感应和微震监测试验,获得了不同含水率原煤和砂岩变形破裂过... 详细信息

为了监测煤层注水减弱煤层的冲击倾向性和底板突水增加矿井冲击危险性的效果,利用电荷感应和微震同步监测系统,对平顶山矿井的原煤和砂岩开展单轴压缩下不同含水率煤岩的电荷感应和微震监测试验,获得了不同含水率原煤和砂岩变形破裂过程的电荷感应和微震信号特征。试验结果表明:随着含水率的增大,煤岩峰值应力减小,冲击倾向性减弱,经过浸泡饱和后煤样的峰值应力和砂岩的峰值应力分别降低了21.8%和31.1%;随着含水率的增大,煤样变形破裂过程中产生的电荷感应和微震信号事件数都减小,信号强度也降低,电荷感应与微震信号均方值幅值减小,而砂岩变形破裂过程中产生的电荷感应和微震信号事件数却增多,信号强度也增强;煤岩变形破裂过程产生的电荷感应信号受水的影响比微震信号受水的影响大。煤层注水后有效降低了矿井的冲击危险性,煤层变形破裂过程产生的电荷感应和微震信号变弱;矿井底板突水时提高了矿井冲击危险性,从而底板变形破裂过程产生的电荷感应和微震信号增强。

关键词：岩石力学含水煤岩电荷感应微震信号特征

三点弯曲正长花岗岩的多参量信号特征试验研究

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实验力学 2023年第2期38卷 254-266页

作者：刘玉春潘一山赵扬锋樊艺丁玲辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学理学院辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110036

采用多参量(电荷感应、微震和声发射)同步综合监测系统,开展完整和预制裂纹正长花岗岩的三点弯曲试验,对其变形破裂过程的多参量信号特征进行研究。试验结果表明:完整和预制裂纹正长花岗岩在失稳破坏阶段有最强的多参量信号,在失稳破坏... 详细信息

采用多参量(电荷感应、微震和声发射)同步综合监测系统,开展完整和预制裂纹正长花岗岩的三点弯曲试验,对其变形破裂过程的多参量信号特征进行研究。试验结果表明:完整和预制裂纹正长花岗岩在失稳破坏阶段有最强的多参量信号,在失稳破坏阶段产生的多参量信号的主频比较接近,但完整正长花岗岩多参量信号主频幅值是预制裂纹正长花岗岩多参量信号主频幅值的2倍左右。完整正长花岗岩从线弹性变形阶段、裂纹快速发展阶段到岩石失稳破坏阶段产生应力降时应力降的速度是快速增大的,裂纹快速发展阶段和岩石失稳破坏阶段声发射的最大震级和事件数远大于线弹性变形阶段的最大震级和事件数。正长花岗岩失稳破坏阶段多参量信号同步产生,产生的多参量信号与其他阶段相比主频最小,主频幅值最大;在试样失稳破坏阶段声发射信号早于电荷感应信号产生;电荷感应信号早于微震信号产生,声发射信号持续时间最短,微震信号持续时间最长,多参量信号都在试样产生应力降或失稳前产生。

关键词：岩石力学正长花岗岩三点弯曲多参量信号特征

考虑微小结构相互作用的钛及 Ti-6Al-4V 真应力-真应变曲线解析(英文)

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稀有金属材料与工程 2005年第3期34卷 346-349页

作者：王学滨杨梅赵扬锋辽宁工程技术大学辽宁阜新123000

采用能描述非均质性的具有内部长度的梯度塑性理论推导了颈缩区域的非均匀的塑性拉伸应变。描述了颈缩区域的外形轮廓,并计算了当颈缩区域的体积保持不变时的颈缩区域的塑性伸长。由于外形轮廓已被确定,因而导出了真应力的表达式。目前... 详细信息

采用能描述非均质性的具有内部长度的梯度塑性理论推导了颈缩区域的非均匀的塑性拉伸应变。描述了颈缩区域的外形轮廓,并计算了当颈缩区域的体积保持不变时的颈缩区域的塑性伸长。由于外形轮廓已被确定,因而导出了真应力的表达式。目前得到的关于真应力-真应变曲线解析解的优越性在于:所需要的参数具有明确的物理意义,如:采用软化模量描述脆性;采用弹性模量描述弹性;采用特征长度描述材料的非均质性;模型中含有标定长度可用于研究结构的尺寸效应等。将目前得到的解析解与前人通过实验得到的钛及Ti-6Al-4V 的真应力-真应变曲线进行了对比,验证了本文考虑微小结构效应及局部化颈缩的真应力-真应变曲线的解析解。另外,还发现Ti-6Al-4V 的脆性及非均质性要高于商业纯钛。前人试验发现的局部化带在2 种材料内部的传播速度的差异可以通过它们具有不同的脆性得到解释。

关键词：真应力-真应变曲线微结构钛 Ti-6Al-4V合金尺寸效应颈缩应变局部化

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花岗岩单轴压缩下电荷信号时频特征研究

煤炭科学技术 2021年第9期49卷 47-53页

作者：赵扬锋荆刚李兵程传杰辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

为进一步研究花岗岩变形破坏的前兆特征,采用自主研发的电荷感应监测系统,获得了花岗岩变形破坏全过程时-频域信息,并设计数字滤波器降噪。研究结果表明:岩石在变形破坏过程中伴随着电荷信号产生,随着加载速率的增大,能量积聚加快,岩石... 详细信息

为进一步研究花岗岩变形破坏的前兆特征,采用自主研发的电荷感应监测系统,获得了花岗岩变形破坏全过程时-频域信息,并设计数字滤波器降噪。研究结果表明:岩石在变形破坏过程中伴随着电荷信号产生,随着加载速率的增大,能量积聚加快,岩石破裂所需积累能量时间越短,产生高幅值电荷信号越提前,应力调整次数增多,高幅值脉冲数量增多。对信号傅里叶变换并进行频谱分析,发现信号主频分布在0~100 Hz。岩石变形破坏频域特征总体表现为主频幅值在岩石产生应力降时急剧增加,且在岩石完全破坏时主频幅值增幅最大,主频幅值与电荷感应幅值增高具有同步性,可将电荷信号与主频幅值急剧提高作为岩石失稳破坏前兆特征之一。设计了数字滤波器,较好地滤除了工频干扰信号和高频噪声信号,提高了频谱分析准确性。

关键词：岩石力学电荷感应时频特征数字滤波