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岩石破坏前的损耗比及加卸载响应比特性研究

地下空间与工程学报 2017年第1期13卷 35-40页

作者：高真平李庶林黄波陈东霞胡静云厦门大学建筑与土木工程学院福建厦门361005 长沙矿山研究院有限责任公司长沙410012

以多种岩石循环加卸载声发射试验为基础,针对岩石损耗比和加卸载响应比特性进行了研究,探索岩石在受载过程中的内部损伤演化和破坏前兆特性。结果表明,在循环加卸载下角岩等三种岩石损耗比变化特性一致:低应力水平阶段损耗比较大,呈明... 详细信息

以多种岩石循环加卸载声发射试验为基础,针对岩石损耗比和加卸载响应比特性进行了研究,探索岩石在受载过程中的内部损伤演化和破坏前兆特性。结果表明,在循环加卸载下角岩等三种岩石损耗比变化特性一致:低应力水平阶段损耗比较大,呈明显下降趋势;中等应力水平阶段比值下降趋势较平缓;高等应力水平阶段比值趋于稳定,在0.08~0.10时,试样破坏。而钨钼矿等三种岩石加卸载响应比变化特性一致:低应力水平阶段卸载时几乎没有声发射,加卸载响应比较大;中等应力水平阶段卸载时声发射较活跃,比值下降至1左右;高等应力水平阶段卸载时声发射很活跃,当比值重新大于1时,试样破坏。试验结果都体现了岩石内部损伤从很小到稳定扩展再到不稳定扩展的过程。可见,损耗比和加卸载响应比的变化特性均可用于评价岩石损伤情况,也可用作岩石破坏预测的参考依据。

关键词：声发射损耗比加卸载响应比损伤演化破坏前兆

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武夷山隧道围岩破坏过程中的声发射特性研究

厦门大学学报（自然科学版） 2015年第2期54卷 292-296页

作者：黄玉仁林朝阳毛建喜胡静云厦门大学建筑与土木工程学院福建厦门361005 中铁二十四局集团福建公司福建福州350013 长沙矿山研究院湖南长沙410012

在单轴加载条件下进行花岗岩和凝灰岩试件加载破坏过程中声发射(AE)特性试验研究,得到岩石加载破坏过程中时间-应力-空间定位事件率、时间-应力-撞击率和时间-应力定位事件能量率图,并获得累计定位事件、累计撞击事件和累计定位事件能量... 详细信息

在单轴加载条件下进行花岗岩和凝灰岩试件加载破坏过程中声发射(AE)特性试验研究,得到岩石加载破坏过程中时间-应力-空间定位事件率、时间-应力-撞击率和时间-应力定位事件能量率图,并获得累计定位事件、累计撞击事件和累计定位事件能量.研究结果表明能量率与事件率和撞击率相一致,均在岩石试件破坏前期有突增特性.结合这3个参数作为岩石破坏前兆,能为岩石失稳破坏提供较好的参考依据.根据岩石加载破坏过程中不同岩性的空间定位事件累计能量的量级特征,分析通过试验为工程实际中围岩体损伤程度进行实时监测提供参数依据的科学可行性.

关键词：岩石力学声发射能量率破坏前兆破坏类型空间定位

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单轴压缩荷载下红砂岩破裂失稳损伤演化特征

科学技术与工程 2023年第23期23卷 9875-9880页

作者：高安森戚承志封焱杰李长峰吴思豫中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 北京未来城市设计高精尖中心北京100044 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

为了揭示受载岩体的损伤孕育模式和破坏前兆特征,研究了轴向压缩荷载下红砂岩的损伤演化规律,分析了试样临界加速失稳阶段声发射(acoustic emission,AE)响应特征和破裂类型特征。研究表明:轴向压缩荷载下红砂岩主要发生脆断破坏,其破坏... 详细信息

为了揭示受载岩体的损伤孕育模式和破坏前兆特征,研究了轴向压缩荷载下红砂岩的损伤演化规律,分析了试样临界加速失稳阶段声发射(acoustic emission,AE)响应特征和破裂类型特征。研究表明:轴向压缩荷载下红砂岩主要发生脆断破坏,其破坏孕育过程分为稳定变形阶段和临界加速失稳破坏阶段。在临界加速失稳破坏阶段,AE事件率存在典型的相对平静期破坏前兆;基于试样损伤演化速率差异定义了第一损伤点,基于试样宏观破坏差异和AE事件率特征定义了第二损伤点,可以用于区分和评价岩石的损伤破坏状态;轴向压缩荷载下红砂岩的损伤演化模式符合指数型函数特征,存在临界加速失稳现象;在临界加速损伤阶段,试样内部的张拉破裂和剪切破裂会显著增长。

关键词：轴向压缩损伤演化损伤加速破坏前兆

天然带磁圆柱岩石试件压缩过程应力磁强效应研究

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天然带磁圆柱岩石试件压缩过程应力磁强效应研究

作者：张琪东北大学

学位级别：硕士

由于地震发生时,震源深埋地下,对地震的孕育、发展和发生规律难以进行直接的探查,造成地需研究工作与灾害预防要求之间存在着很大的差距。了解岩石在应力作用下,其内部的微裂隙的演化、发展的变化过程及规律,对保证工程安全具有重大意... 详细信息

由于地震发生时,震源深埋地下,对地震的孕育、发展和发生规律难以进行直接的探查,造成地需研究工作与灾害预防要求之间存在着很大的差距。了解岩石在应力作用下,其内部的微裂隙的演化、发展的变化过程及规律,对保证工程安全具有重大意义。自然界的岩石都带有一定强度的磁性,当岩石受外力作用时,岩石内部的微裂隙发生变化,岩石周围空间磁场的分布也会发生变化,磁场随岩石裂隙的变化而变化,正是基于这个理论,本试验拟将磁学物理量磁强引入对岩石压缩断裂过程的研究。本试验采用天然带磁圆柱岩石试件作为研究对象,模拟地壳中的岩石在压缩断裂过程中其应力能量从积累到释放的破裂过程,并对震源孕震、发震过程中岩石内部微裂隙的应力变化与磁强的变化之间的关系进行有限条件的模拟研究;同时,考虑到震源至地表之间的空间距离,研究对岩石周围的磁强近距离遥感测试方法,建立岩石断裂-磁强变化理论模型,探索断裂改变磁场的变化机理。本试验利用加载系统和数据采集系统对试件进行轴向加载,并进行实时监测,获得竖向荷载(应力)、竖向位移(应变)、磁强、试验时间等四个物理量,并通过数据处理和分析找到他们之间的对应关系,将岩石力学性质与电磁学基本物理量联系起来,以岩石压缩断裂应力磁强试验研究为基础的地震地磁观测数据分析方法。大量的试验结果表明,在应力上升阶段,即岩石破坏前应力随应变的增加而增加,磁强随应变的增加而减小,应力和磁强大致呈反对称关系;应力下降阶段,即岩石破坏后失去承载力,岩石的磁强发生突变,随后增大或减小都有可能;在岩石即将达到最大应力附近时,磁强的变化速率,也就是磁强随时间变化的斜率发生变化,产生波动的现象这和岩石本身的带磁情况、本身的裂隙情况以及破坏形态有很大的关系。

关键词：天然带磁压缩断裂应力磁强变化破坏前兆

不同围压下岩石的能量演化规律及本构模型研究

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不同围压下岩石的能量演化规律及本构模型研究

作者：薛洋西华大学

学位级别：硕士

煤炭资源、水电资源在我国能源体系中占据着重要地位,其开发势必面临地下工程岩体变形破坏、能量释放及耗散所带来的各种问题。随着开采深度的日趋增大,围压效应下的地下工程岩体变形破坏机理趋于复杂,能量演化规律较浅层也有所不同,冲... 详细信息

煤炭资源、水电资源在我国能源体系中占据着重要地位,其开发势必面临地下工程岩体变形破坏、能量释放及耗散所带来的各种问题。随着开采深度的日趋增大,围压效应下的地下工程岩体变形破坏机理趋于复杂,能量演化规律较浅层也有所不同,冲击地压、岩爆等与能量密切相关的灾害现象急需解决。针对两大能源体系地下岩石工程建设,深入研究岩石的能量演化规律,能够更好地服务于我国低碳清洁、安全高效现代能源体系的构建。本文依托国家重点基础研究发展计划973项目和深地科学与教育部重点实验室开放基金项目,选取四川芙蓉白皎煤矿煤岩、锦屏二级水电站大理岩作为两大能源工程建设中的代表岩样为研究对象,利用MTS815岩石力学系统开展不同围压下岩石变形压缩试验,从应力应变曲线、能量演化曲线、阶段性能量、特征应力及其对应耗散能密度等多方面展开岩石随围压变化的渐进破坏过程差异及能量演化特征规律探讨。进而依托两种岩石不同围压下的能量耗散比、弹耗比、耗散率变化规律,围绕岩石渐近变形破坏全过程的能量演化特征,提出不同围压下岩石的能量破坏前兆判据,最后考虑围压和岩性两种因素提出相应的能量损伤本构方程,为水利工程建设、能源工程开采的安全、高效、灾害防控等提供合理、必要的理论依据和工程指导。主要获得以下研究结果:（1）基于不同围压下煤岩、大理岩的静态压缩试验,获取煤岩和大理岩的应力应变曲线和能量演化曲线。将应力应变曲线划分为压密阶段、线弹性阶段、塑性屈服阶段和峰后破坏阶段四个阶段,并进一步讨论围压对弹性模量、抗压强度、峰值应变及应力应变曲线等力学性质的影响。随着应变增加,岩石弹性能先增加再减小,耗散能先缓慢增加后增加速度加快。随着围压增加,岩石的弹性能、耗散能、总能量均有明显提升。（2）煤岩和大理岩的能量耗散比变化规律为先增加-再减小-再增加-最后逐渐变缓,呈现出明显的渐进破坏特征。基于耗散比的转折突变点从能量角度提出岩石特征应力点确定方法。研究表明围压对岩石渐进破坏过程中的能量特征影响显著。随着围压增大,煤岩和大理岩的闭合应力、损伤应力、峰值应力呈线性增长,特征应力对应的能量耗散密度均呈幂指数增长。对比两种岩性岩石渐进破坏过程中的能量特征可以发现,围压对能量耗散的提升作用在煤岩中主要发生在峰值损伤应力前,而在大理岩中主要发生在损伤应力点后。（3）根据能量确定的特征应力点,将岩石峰值应力前能量划分为三个阶段。随着围压增大,煤岩和大理岩各阶段能量耗散密度增量均呈幂指数关系增长,表明围压增强了煤岩和大理岩渐进破坏各阶段中的能量耗散能力。进一步对比煤岩和大理岩三个阶段的能量增量,在0MPa下,煤岩耗散能密度增量第三阶段＞第一阶段＞第二阶段,大理岩阶段性耗散能增量第三阶段＞第二阶段＞第一阶段,硬岩在岩石渐进破坏各阶段耗散的能量均大于软岩在各阶段耗散的能量。在25MPa下,煤岩耗散能密度增量第二阶段＞第三阶段＞第一阶段,大理岩阶段性耗散能增量第三阶段＞第二阶段＞第一阶段,在岩石渐进破坏过程中第一阶段和第二阶段的能量耗散密度增量大于硬岩,而在第三阶段能量耗散密度增量小于硬岩。这表明岩性对岩石各阶段的能量耗散有着重要影响。（4）基于岩石的能量耗散比曲线、能量弹耗比曲线、能量耗散率曲线,深入分析围压对两种岩石能量演化规律的影响。随着轴向应变的增加,煤岩和大理岩能量弹耗比变化规律为先增加-再减小-再增加-最后线性增加,能量耗散率的变化规律主要体现在能量耗散率水平和峰值波动两个方面。随着围压增加,围压与岩石峰前能量耗散率水平、特征应力点对应的弹耗比和耗散比呈正相关,与弹耗比线性斜率呈负相关。对比相同围压下两种岩性岩石的能量演化特征可以发现,煤岩的闭合耗散比大于大理岩,各阶段中能量耗散率水平和波动峰值均小于大理岩。煤岩和大理岩能量耗散率在平静区间内的变化规律不同,煤岩能量耗散率呈线性增长,而大理岩呈稳定趋势。（5）定义岩石能量耗散比和弹耗比曲线的转折点为岩石破坏的能量前兆点P1、P2,进一步提出以能量耗散率平静区间的起点作为为破坏前兆点P3,探究不同围压下煤岩和大理岩能量破坏前兆点应力及应力归一化值的差异。研究发现随着围压增加,P1、P2、P3对应的应力均值逐渐增加,而应力归一化值得变化规律较复杂。两种岩性岩石P3的应力归一化值范围整体上相差不大,表明基于能量耗散率确定的破坏前兆点在不同岩性岩石中具有较好的普适性。（6）基于能量理论和损伤理论,推导了岩石的能量损伤方程,构建了岩石的能量损伤本构模型,并通过与室内试验结果对比验证了本文提出模型的合理性及适用性。结果表明,该本构模型理论计算结果与试验结果的吻合程度较高,模型参数与围压和岩性有着密切关系,基于能量理论构建的损伤本构模型可以较好地反映岩石破坏过程中的力学性质及能量特征。

关键词：大理岩煤岩围压能量演化规律破坏前兆本构模型

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岩石声发射及分形特征试验研究

岩石声发射及分形特征试验研究

作者：沈忠成都理工大学

学位级别：硕士

岩石是一种天然地质体,经过亿万年的构造运动与风化剥蚀,形成如今非连续的,各向异性的,受环境条件影响的复杂体。岩石声发射作为岩石损伤位置的外在声学现象,损伤破裂信息丰富。分形作为岩石力学的一个崭新分支学科,是研究复杂无序事物... 详细信息

岩石是一种天然地质体,经过亿万年的构造运动与风化剥蚀,形成如今非连续的,各向异性的,受环境条件影响的复杂体。岩石声发射作为岩石损伤位置的外在声学现象,损伤破裂信息丰富。分形作为岩石力学的一个崭新分支学科,是研究复杂无序事物规律的有力工具。研究表明,岩石损伤破坏过程不论是在空间上还是在时间上都是分形的。分析与探讨岩石损伤破坏过程中声发射基本参数和分形参数的特性,有利于进一步了解岩石损伤机理与破裂本质。为了解岩石损伤破坏过程并进一步对岩石的破坏前兆进行预测,本文针对砂岩、辉长岩、花岗岩、灰岩等四类常见岩石进行单轴压缩全过程声发射试验,分析声发射基本参数演化过程与应力或变形阶段的统计关系并识别岩石损伤破坏前兆特征;计算并分析岩石声发射时间序列分形演化规律,并识别岩石损伤破坏前兆特征。主要工作内容及取得的成果如下:(1)以0.1mm/Min的速率对岩石试件进行单轴压缩全过程试验,并实时监测声发射信号。分析与探讨岩石声发射事件数、振铃计数以及能量等三个参数的损伤演化过程,识别岩石损伤破坏前兆特征。(2)岩石试件声发射事件数、振铃计数、能量在压密阶段、弹性变形阶段、加速破坏阶段皆依次增加,且事件数增加最为缓慢,能量激增最为明显。在压密阶段、弹性变形阶段、加速破坏阶段,四类岩石声发射事件数绝对量从小到大皆为砂岩、辉长岩、灰岩、花岗岩;声发射事件数相对量随岩石弹性模量的增加,在压密阶段与弹性变形阶段皆呈现依次增大的现象,而在加速破坏阶段则依次降低。在压密阶段与加速破坏阶段,振铃计数和能量规律性并不太明显,然而在弹性变形阶段,振铃计数平均值、最大值、累计值与能量平均值、最大值、累计值的绝对量皆呈随岩石弹性模量增加而依次增加的现象;声发射振铃计数累计量比值与能量累计量比值也都表现为花岗岩最少,灰岩最多的事实。(3)岩石损伤破坏前兆各声发射参数特征点(s)普遍存在能量累计s点应力比振铃累计计数s点应力比事件数s点应力比的现象,且振铃累计计数特征点总是非常接近岩石的屈服点。对比分析岩石声发射基本参数演化曲线图可知,声发射事件数曲线前兆特征点可能不明显,能量累计曲线可能掩盖微小有效信息而都无法很好的应用,然而振铃累计计数曲线能最直观的、有效的反映岩石损伤过程真实状态。(4)编译程序(GP-m.m)计算相空间维数(m)的取值并分析其影响。当m取值偏小时,则相空间重叠;当m取值过大时,则计算量大大增加,且分形范围变窄,因此取最适相空间嵌入维数m=10。编译程序(GP-D.m)计算不同应变比下岩石损伤破坏全过程相点距离均值和关联维数,分析其演化规律并识别岩石损伤破坏前兆特征。(5)单轴压缩全过程岩石损伤破坏声发射分形参数-相点距离均值,在弹性变形阶段呈现随岩石初始损伤程度大而上升,小而平稳下降的现象;在加速破坏阶段皆激增并在峰值应力处达到最大的现象;在峰后阶段,随应力跌落而下降,随应力台阶而上升,并在残余应力段基本保持稳定。单轴压缩全过程岩石损伤破坏声发射分形参数-关联维数,呈现“波动-上升-下降-激增-波动”的演化规律。(6)声发射分形相点距离均值激增点以及关联维数“V型”拐点可以作为岩石损伤破坏前兆的特征识别点,同时也可作为间接判定岩石屈服点的依据。鉴于岩石声发射基本参数的敏感性、直观性、准确性以及分形参数的稳定性,笔者建议以声发射振铃计数特征点s作为岩石损伤破坏的前兆,以相点距离均值特征点s和关联维数特征点s作为声发射振铃计数特征点识别准确性的验证。(7)基于声发射振铃计数的损伤本构模型可以完整地反映岩石的损伤破坏全过程;基于weibull分布和对数正态分布的本构模型能很好地揭示岩石在峰值应力前的损伤破坏过程。

关键词：声发射关联维数损伤演化破坏前兆本构模型

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基于裂纹应变的岩石变形破坏机理研究

基于裂纹应变的岩石变形破坏机理研究

作者：郑钰西华大学

学位级别：硕士

受地质构造、工程扰动等因素影响,岩体内部无序分布的原生裂纹及新裂纹进一步起裂、扩展、贯通,微裂纹演化是导致工程岩体渐进变形破坏的重要原因。随着岩土工程趋向深部发展,深部岩体力学问题成为亟待解决的关键科学问题。在深部地下... 详细信息

受地质构造、工程扰动等因素影响,岩体内部无序分布的原生裂纹及新裂纹进一步起裂、扩展、贯通,微裂纹演化是导致工程岩体渐进变形破坏的重要原因。随着岩土工程趋向深部发展,深部岩体力学问题成为亟待解决的关键科学问题。在深部地下工程岩体开挖过程中,不仅面临着岩性的多样性,工程赋存环境也更加复杂,使工程的安全稳定受到严峻挑战。开展不同围压下岩石渐进破坏的裂纹演化规律分析及失稳前兆预判,对于揭示岩石变形破坏机理与预警预防深部工程重大灾害的发生具有重要意义。本文选取芙蓉白皎煤矿煤岩、锦屏二级水电站大理岩为研究对象,依托MTS岩石力学试验系统展开不同围压下的压缩试验,从宏观和细观角度分析不同围压下岩石的变形破坏特征;基于裂纹应变进一步揭示岩石渐进破坏过程中的裂纹演化规律,并据此建立两种岩石的破坏前兆判别方法以及非线性损伤本构关系,以期为深部地下工程安全、高效建设提供一定的科学指导。主要研究内容及结论:(1)获取不同围压下岩石的应力-应变曲线、强度变形参数、破坏形态及声发射活动特征,从宏观和细观两个方面分析围压对岩石变形力学特性的影响。利用煤岩和大理岩试样密度、纵波波速开展离散性分析,以提升后续试验的可靠性。依托MTS815试验系统、PCI-2声发射系统,对煤岩和大理岩展开不同围压下的压缩试验。从宏观角度看,应力-应变曲线具有不同的阶段性特征;随围压升高,强度变形参数增大,且岩石强度特征均可运用MC强度准则合理预测。由于煤岩原生缺陷多、承载能力弱,故围压升高使其刚度增强并限制了横向变形;相同围压下大理岩较煤岩塑性特征更明显,抗压强度、弹性模量更高,而泊松比稍低。随围压升高,岩石由张拉破坏过渡为剪切破坏,但相同围压下煤岩的脆性较大理岩更强。从微观角度来看,围压越高,声发射活跃期出现得越晚,振铃计数增长越慢,岩石破坏时的空间定位点数越少。相同围压下,煤岩破坏时的累计振铃计数与空间定位点均多于大理岩,煤岩破坏更加剧烈。(2)揭示岩石变形破坏过程中的裂纹演化规律,基于裂纹应变界定岩石的渐进破坏过程。定义岩样真实应变与弹性应变的差值为裂纹应变。随轴向应变增加,岩石的轴向裂纹应变非线性增加,环向与体积裂纹应变先增大再维持不变而后逐渐减小。随围压升高,峰前裂纹应变量增大,裂纹扩展引起的变形量增多,岩石的塑性特征随之增强;相同围压下大理岩的峰前裂纹应变总量较煤岩更高,说明大理岩塑性变形能力更强。基于两种岩石的裂纹应变演化规律所具有的明显规律性,将岩石渐进破坏过程划分为五个阶段。(3)确定出岩石的特征应力及特征裂纹体应变,基于特征应力建立岩石的脆性评价指标,为维持岩体的长期稳定性提供保障。不同的岩石渐进破坏阶段对应着不同应力水平,随围压升高,特征应力值增大,而特征应力水平下降,特征裂纹体应变多呈先减小后增大的趋势;相同围压下,大理岩的初始损伤相对煤岩较小,特征应力水平较低,峰前裂纹扩展更充分,峰后就不容易发生突然的脆性破坏。综合考虑岩石峰前、峰后力学特性,基于损伤应力、峰值应力以及残余应力建立脆性指标B,其值越大岩石脆性越强。随围压升高,岩石脆性特征逐渐减弱;相同围压下,煤岩的脆性程度整体上高于大理岩,这与试验结果相符。(4)将裂纹应变速率的急剧增长点定义为岩石破坏前兆点,与常见的声发射破坏前兆对比发现裂纹应变率前兆更具优越性与普适性。两种岩石裂纹应变率前兆的应力水平和预警时间在70～100%和0.05～3.5ks,振铃计数前兆的应力水平和预警时间在95～100%和0.03～0.07ks。裂纹应变率前兆较振铃计数前兆出现得早在预警时间上具有优先性,且岩石破坏过程中获得的应变数据全面准确,基于裂纹应变率的岩石破坏前兆判据更普适。随围压升高,岩石破坏前兆出现越早,相同围压下大理岩破坏前兆较煤岩出现更早。值得注意的是,外部荷载接近岩石破坏前兆应力水平时,采取围岩支护加固措施将有利于岩土工程安全高效开挖。(5)基于体积裂纹应变定义损伤变量,建立单轴和三轴岩石的损伤本构关系。基于体积裂纹应变定义损伤变量,随应力水平升高,岩石的损伤演化曲线呈先下降后上升的趋势。随围压升高,岩石的峰前损伤程度升高;相同围压下,大理岩峰前损伤水平高于煤岩,同样说明峰后大理岩不易出现突然破坏。基于损伤演化规律,结合应变等效假设,考虑岩石的压密特性,分别建立岩石的单、三轴损伤本构关系。利用试验数据,验证所建模型合理性,发现该模型能够基于裂纹应变较好地反映不同围压下岩石的变形破坏特性。

关键词：白皎煤岩锦屏大理岩裂纹应变渐进破坏破坏前兆损伤本构

单轴压缩条件不同含水率红砂岩声发射特性试验研究

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单轴压缩条件不同含水率红砂岩声发射特性试验研究

作者：腾天野江西理工大学

学位级别：硕士

为寻求不同含水条件下红砂岩破坏前兆特征和临界破坏判据,采用高低两种不同频率的声发射通道,对干燥、自然和饱水三种状态的红砂岩试件进行了单轴压缩声发射(AE)试验。采用裂纹体积应变法确定了红砂岩受压破坏各阶段的特征强度,分析了... 详细信息

为寻求不同含水条件下红砂岩破坏前兆特征和临界破坏判据,采用高低两种不同频率的声发射通道,对干燥、自然和饱水三种状态的红砂岩试件进行了单轴压缩声发射(AE)试验。采用裂纹体积应变法确定了红砂岩受压破坏各阶段的特征强度,分析了高、低频通道中AE特征参数随轴向应变变化规律,重点研究了两种不同频率的通道中AE主频、幅度分布特征,进而建立了基于AE信号主频与幅度关系的岩石破坏前兆判据。得到结论如下:(1)随着含水率的增加,高、低频通道中撞击率和振铃计数率在数量上减少,但高频通道中撞击率和振铃计数率变化趋势相同,而低频通道撞击率与振铃计数率变化趋势相反,并且水对这种规律起到延后作用。同时表明红砂岩破坏过程中以低频AE信号为主。(2)高、低频通道中的r值(累计撞击率/累计能率)均经历了“上升-下降-持续低值”的变化过程,表明红砂岩受压破坏过程前期产生较多小能量AE撞击,大能量撞击在破坏后期出现,含水率的增加延缓了大能量撞击的出现。(3)RA值(上升时间/幅度)分析表明,红砂岩受压破坏过程前期以低频剪切破裂为主,后期以低频张拉破裂为主,整个过程伴随高频剪切破裂。应力峰值前,对应张拉破裂的高频AE信号增加,对应剪切破裂的低频AE信号增多。(4)通过高、低频通道中的AE信号(主频-幅度)模式共同预测红砂岩破坏失稳,有助于提高预判准确性,具体判别模式为:干燥状态下,高频通道中,高幅度的200kHz00kHz信号出现,中幅度的200kHz00kHz信号频带加宽;低频通道中,高幅度的40kHz0kHz信号增多,可认为岩石即将发生主破裂。自然状态下,高频通道中,高幅度的250kHz00kHz信号出现,中幅度的200kHz00kHz信号频带加宽,低幅度的390kHz05kHz信号出现;低频通道中,高幅度的40kHz0kHz信号增多,可认为岩石即将发生主破裂。饱水状态下,高频通道中,中幅度的200kHz00kHz信号频带加宽,低幅度的200kHz50kHz信号出现;低频通道中,中幅度的40kHz0kHz信号增多,可认为岩石即将发生主破裂。

关键词：含水率特征强度 AE 主频破坏前兆

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全尾砂胶结充填体破坏过程声学信号特征

全尾砂胶结充填体破坏过程声学信号特征

作者：项威斌江西理工大学

学位级别：硕士

随着“绿色矿山”的观念慢慢深入人心,越来越多矿山采用充填采矿法进行矿产开采,充填体在充填采矿法中无论作为顶板、间柱都是重要的承载单元,充填体在矿山开采中是否稳定直接关系到矿山人员的生命安全,对充填体的稳定性进行科学有效的... 详细信息

随着“绿色矿山”的观念慢慢深入人心,越来越多矿山采用充填采矿法进行矿产开采,充填体在充填采矿法中无论作为顶板、间柱都是重要的承载单元,充填体在矿山开采中是否稳定直接关系到矿山人员的生命安全,对充填体的稳定性进行科学有效的监测、预测成为亟待解决的重要应用基础性前沿课题。基于此,本文以江西省博士后科研项目(2020KY39)为依托,开展了单轴压缩条件下全尾砂胶结充填体声发射与次声波试验。研究了充填体单轴抗压强度与初始波速的关系,分析了充填体破坏过程中产生的声发射与次声波信号特征,重点研究了充填体破坏前兆的声学特征信号,并探讨了声发射、次声波信号与充填体养护龄期、灰砂比的关系。主要研究成果如下:(1)充填体单轴抗压强度σc与养护龄期、灰砂比呈正相关关系。充填体单轴抗压强度σc与初始波速V呈现指数函数关系。(2)压密阶段充填体声发射事件数相对较少,声发射事件数分形维数呈轻微上升趋势;裂纹扩展阶段声发射事件数有所增加,声发射事件数分形维数表现出上下起伏变化;临近破坏时声发射事件数发生突增现象,而声发射事件数分形维数则持续下降至最低值。(3)应力水平处于0～10%时,充填体次声波累计能率相对较高;应力水平处于10%～50%,次声波累计能率相对平稳;临近破坏时次声波累计能量发生突增现象。(4)充填体在压密阶段次声波次主频信号主要分布在0.1～5Hz与10～15Hz频带范围内。随着应力的增加,次主频信号逐渐由集中在2个频带向集中在4个频带的规律转变。临近破坏前,次主频0.1～10Hz频带信号逐渐消失,向10～20Hz频带转移。(5)相同养护龄期下,随着灰砂比的增加,次声波累计能率突增点与声发射事件数分形维数最低点所对应的应力百分比逐渐减小。对比分析次声波累计能量突增点与声发射事件数分形维数最低点所对应的应力百分比,声发射事件数分形维数最低点所对应的应力百分比大于次声波累计能量突增点。

关键词：充填体声发射次声波次主频破坏前兆