峰后岩石类材料的声发射特性研究

基于声发射试验系统和岩石声发射理论,对2种不同性质的岩石和水泥砂浆进行了单轴压缩试验,得到了3种试样破坏全过程的力学特性曲线、声发射振铃数和累计振铃数曲线,针对其变形特征及应力、振铃数与时间的关系分阶段进行了研究。研究表明:岩石类材料声发射受岩石强度、节理裂隙和晶粒软硬大小等的影响;部分质软岩石类材料在弹性、弹塑性阶段,其单位时间声发射振铃数逐步增加,但在接近强度峰值时出现声发射相对平静现象;峰后声发射活性主要受岩石的强度影响。对比不同岩石的破坏声发射特性,可为天然和人工岩土工程稳定性评估提供参数。     

单轴压缩条件下不同粒径类岩石材料次声信号特性研究

为研究粒径对类岩石材料次声信号特征的影响,针对4种粒径组成的模拟试样进行了单轴压缩试验,并结合次声探测技术,采集试验过程中的次声信号,并对比分析不同粒径试样次声信号幅值及累计振铃计数特征,研究结果表明:(1)次声信号幅值的变化与累计振铃计数的变化具有同步性;(2)不同粒径试样在弹性变形阶段后期次声信号幅值均有不同程度的增大,同时累计振铃计数明显上升;(3)粒径越小,幅值变化越杂乱,粒径越大,幅值变化越有序;粒径越小,累计振铃计数曲线斜率变化幅度越小,粒径越大,累计振铃计数曲线阶梯感较为明显,即曲线斜率变化幅度越大。     

岩石的声发射对比试验研究

通过单轴压缩条件下四种岩石的声发射的对比研究，分析了不同岩石破坏的声发射机理和规律。研究表明，岩石的声发射特性主要取决于岩石本身，且岩石的声发射事件率与其能量率规律并不完全一致。     

岩石声发射特性的研究

对单轴压缩下的花岗岩，砂岩，灰岩的声发射及剪切时花岗岩，灰岩的声发射进行了测试，并对声发射的时间序列，活动特点和频谱特征等进行了分析。结果表明，岩石的声发射时间序列可分为主震型，孤震和震群型三类，与岩石结构的均匀性和受力状态有关，岩石声发射活动在岩石破坏前都有一个稳定发展阶段和加速发展阶段，声发射的主频在５－３０ｋＨｚ以内，与岩石种类和受力状态关系不大，声发射主频一幅值因岩石不同而呈不同的分布状态     

不同应力状态下岩石声发射波形分形研究

利用TAW-2000型岩石三轴伺服试验机分别对泥岩、细砂岩和粗砂岩3种不同岩性岩石进行单轴压缩试验和剪切试验,并用德国Vallen AMSY-6声发射信号采集系统对加载过程中产生的声发射信号进行采集。采用分形方法分析了2种加载方式以及加载过程中不同阶段的声发射波形差异性和演化规律。研究结果显示:单轴压缩试验过程中产生的声发射信号其分形盒维数普遍大于剪切试验,波形复杂程度更高;随着应力的逐渐增加,单轴压缩试验过程中产生声发射信号的分形盒维数有逐渐上升的趋势,而剪切试验信号的分形特性无此规律。     

点荷载作用下岩石记忆效应试验研究

利用点荷载仪和应变仪,选择花岗岩和砂岩进行了分级循环加载试验,详细分析了试验过程中试件载荷、应变、泊松比及损伤因子与声发射间的变化规律,分别得到了不同循环加载阶段的各个参数与累计振铃计数的关系,并利用数理统计理论评判了各参数对先期最大值记忆的准确性和稳定性。结果表明,3个试件在点载荷作用下具有明显的记忆效应,参数载荷对先期最大值的记忆准确程度和稳定性好于其他参数。     

岩石声发射源机理的激振模型研究

半岩石裂纹产生时的声发射源筒经为振弦的振动，推导出振动方程并求解，得到了声发射频率与裂纹长度，声发射振幅与裂纹宽度之间的关系，与实验结果相符合，结论作为预警岩体破坏的准则有重要参考价值。     

采空区不同岩性破碎岩石压实变形及声发射特征研究

采空区不同岩性冒落破碎矸石的压实特性及承载力学性质对上覆岩层移动破坏有重要影响。采用侧限压缩试验与声发射测试试验方法,对相同级配的砂岩、砂质泥岩两种单一岩性及砂岩-砂质泥岩组合岩性破碎岩石在侧限压缩条件下的变形特征、破碎特征及不同压缩阶段的声发射特征进行了研究。结果表明：在加载前期,破碎岩石的应变随时间的变化曲线存在直线上升段,随时间增加,呈现急剧上升后趋于平缓的特征;不同单一及组合岩性破碎岩石在侧限受压过程中应力与应变均呈非线性关系;根据破碎岩石的应力-应变特征将破碎岩石的压缩变形过程划分为快速压密阶段、缓慢压实阶段及稳定压固阶段。随着轴向压力逐渐增大,破碎岩样的大颗粒骨架破坏、中等颗粒移位滑动、小颗粒填充孔隙;不同岩性的应变与应力呈正相关关系,孔隙率与应力呈负相关关系,组合岩性岩样介于单一岩性岩样之间;不同单一、组合岩性比例与破碎岩样分形维数呈指数函数关系;基于压实变形声发射测试试验结果将破碎岩石压缩过程划分为滑移流动变形阶段、压裂变形填充阶段及压密弹性变形3个阶段;不同阶段破碎岩样的累计计数及累计能量曲线均表现出阶段性的变化特征,随着应力增加,前期声发射累计振铃计数及累计能量表现...     

岩石的声发射对比试验研究

通过单轴压缩条件下四种岩石的声发射的对比研究,分析了不同岩石破坏的声发射机理和规律。研究表明,岩石的声发射特性主要取决于岩石本身,且岩石的声发射事件率与其能量率规律并不完全一致。     

不同硬度块煤冲击破碎后粒度分布特征试验研究

为了探究不同硬度的块煤在冲击破碎作用下破碎后的粒度分布特征,利用坚固性系数实验装置,对4种不同硬度的块煤进行了冲击破碎试验研究,试验结果表明：破碎功与块煤破碎后的新增表面积成线性关系,折算直径与破碎功成反比。块煤破碎后具有自相似特征,其分形维数能够反映煤的破碎程度,分形维数越大,破碎效果越好,坚固性系数f与分形维数D呈线性关系。颗粒在破碎过程中,大颗粒因周边小颗粒的存在而受到缓冲作用,使得较小颗粒由于挤压作用而优先破碎,小颗粒的缓冲作用增强了大颗粒抵抗破碎的能力,因此较小颗粒反而更容易破碎。     

不同侧压条件下花岗岩巷道岩爆声发射特征实验研究

利用双轴伺服控制试验系统开展开挖卸荷扰动作用下花岗岩巷道岩爆模拟实验,采用声发射系统同步采集岩爆孕育及发生过程的声发射数据,研究不同侧压影响下花岗岩巷道岩爆声发射特征。研究结果表明:双轴条件下,轴压与侧压差值越大,开挖引起的卸荷作用越明显,孔洞内出现初次颗粒弹射的时间越提前;随着侧压的升高,岩爆释放的总能量逐渐增加,声发射累积能量进入"陡增"阶段的时间则相对滞后;声发射振铃计数率能够很好地反映岩爆发生阶段孔洞内应力调整过程,随着侧压的增加,振铃计数率在加载后期的波动模式逐渐由"较低水平波动并出现一定数量跳增点"向"较高水平波动并出现一定数量突降点"转化;结合声发射RA值和AF值可知,巷道岩爆过程即产生张拉破裂又产生剪切破裂,随着侧压的增大,岩爆破坏中剪切成分所占比例逐渐增多。研究结果为岩爆的预测和防治提供了实验基础。     

单轴压缩条件下岩石声发射特性的实验研究

利用MTS岩石力学试验系统和PAC声发射信号采集系统,研究了砂岩在单轴压缩条件下应力-应变全过程的声发射特征以及加载速率对其的影响。获得了岩石轴向应力与轴向应变、横向应变、体应变之间的关系曲线,以及全应力-纵向应变过程曲线中4个阶段的声发射特征;在初始压密和弹性阶段,声发射撞击数少、能量低、振幅小、无事件数产生;在应变硬化阶段,撞击数骤增、能量高、振幅大、有大量事件数产生;在应变软化阶段撞击数骤减、能量低、振幅小、有事件产生。由于岩石每个变形阶段具有不同的声发射特征,因此,可用声发射来表征岩石的微观损伤演化和预测现场工程岩体的宏观断裂失稳过程。另外,随着加载速率的提高,岩石裂纹扩展速率会加快,损伤加大,从而产生更多的声发射;但峰值处释放能量的最大值呈递减趋势,产生强烈声发射的应变值变小。     

单轴压缩下破裂岩样强度及变形特征

巷(隧)道围岩的显著特点为破裂后承载,破裂围岩强度及变形特征的正确评价对其围岩稳定控制意义明显。以从已破坏返修段巷道现场采集的破裂岩样为研究对象,根据其现场多处于近似零围压或低围压的应力环境,借助MTS伺服试验机对其单轴压缩下再破坏时的强度及变形特征进行系统研究。结果表明:破裂面对岩石的峰值强度产生明显的影响,对残余强度无直接决定性的影响;破裂岩样全应力-应变曲线总体可分为单峰型和多峰型2类;破裂面对岩石的割线模量及泊松比、峰值轴向应变影响不明显,但对峰值环向及体积应变影响明显;破裂岩样破裂面扩展过程及最终的破坏模式与原主破裂面的角度有关,主破裂面与加载方向近乎平行时,多发生竖向劈裂破坏,当两者垂直时,多发生竖向劈裂与横向主破裂面贯通破坏,其他情况大多发生竖向劈裂与剪切组合破坏模式;破裂岩样表面破裂面分布具有明显的分形特征,且其单轴压缩峰值强度与其表面破裂面盒维数两者之间总体符合线性单调减函数关系。     

煤矸破碎粒度分布规律的分形特征试验研究

为寻找煤矸破碎粒度的分布规律,根据分形理论建立了煤矸破碎粒度分布的分形表达式,并与威布尔分布比较,寻找煤矸破碎特性指数、破碎程度参数、分形维数与各影响参数的关系。首先对不同杆数的滚筒进行煤矸破碎试验,根据实验结果选择合适的杆数,并对参数间的关系进行探讨;其次,对不同杆形的滚筒进行煤矸破碎实验,根据实验结果确定杆形对煤矸破碎粒度分布的影响;最后对不同地质条件下的煤矸进行破碎实验,研究不同硬度的煤矸对煤矸破碎粒度分布的影响。研究结果表明：杆数为6、杆形为三角杆的滚筒破碎效果最好。威布尔分布、分形分布均可表示煤矸破碎粒度的分布规律,但用分形分布表示煤矸破碎粒度的分布规律,能更好地表达煤矸破碎粒度的的分布规律,可以更好地指导生产。     

单轴压缩下低温冷冻原煤的变形及声发射特征试验研究

分别对自然和自然饱水状态下冷冻处理后及未经冷冻处理的煤样开展单轴压缩声发射试验,分析了煤样的强度及变形特征,并对加载过程中的声发射特征与损伤演化规律展开分析。研究表明:低温冷冻后自然和饱水煤样的抗压强度会降低,分别降低13.93%和25.02%;其变形特征和撞击率演化规律基本不变,但压密阶段应力-应变曲线斜率会降低,且最大撞击率会出现增高,分别增加10.20%和22.45%;3种状态下煤样损伤演化规律依次可分为初始损伤阶段、损伤缓慢阶段、快速损伤阶段和峰后损伤阶段,但低温冷冻处理后峰后损伤阶段明显缩短;低温冷冻处理后煤样在峰值载荷处损伤演化明显不同,自然状态下呈多级台阶上升;而冷冻处理后呈单级台阶上升,损伤增长较快,对应破坏越剧烈,煤样破碎程度越高。     

诱导气流对转载点雾化特性影响规律的数值模拟与试验

为了分析煤矿转载点诱导气流对喷雾降尘过程中雾化粒度的影响,采用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）离散相模型的粒子跟踪技术,模拟了不同诱导气流条件下雾滴粒径的分布特性。分析结果表明：在诱导气流的影响下,雾滴颗粒向导料槽出口漂移明显,粒径统计项D[3,2]和D[4,3]随诱导气流风速的增加而减小,减幅分别为17.17%和16.19%;同时,雾化压力的增大,提高了雾滴颗粒发生二次破碎的强度,导致雾化粒度随压力的增大而减小。根据结论,对转载点高压喷雾降尘系统进行了改进,现场喷雾压力由1.5 MPa提高到6.2 MPa,调整雾化场轴向横截面与诱导气流方向之间呈30°夹角,现场实践表明：相对于改进前,转载点全尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别降低了88.60%和78.96%。     

级配饱和破碎岩石压缩变形与分形特性试验研究

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论:1)矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似且可分为2个阶段,即为0~4MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段;而灰岩试样的压缩过程变形速率均匀。2)在相同粒径配比条件下,随着轴向应力的增大,砂岩分形维数单调增大,岩石颗粒破碎程度加剧。轴向应力与分形维数之间关系可用指数函数拟合。3)在试样压缩过程中,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大;加载速率越大,试样轴向位移越小。4)在12 MPa轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样压缩后的分形维数增量越大,被压碎的岩石颗粒越多;加载速率越大,试样分形维数越大,破碎程度越低。