基于声发射的岩石损伤演化特征分析

选用脆性红砂岩进行声发射单轴压缩试验,利用单一参量振铃计数得出红砂岩受力之后内部的损伤变化特征,并得出岩石损伤变量增长曲线及应力-应变曲线。两种曲线都能反映出微损伤生长、发展到裂隙生成、贯通的全过程,并将其损伤演化过程划分为4个阶段:微损伤压密阶段;微损伤生长、连接阶段;宏观损伤裂隙阶段;损伤裂隙贯通、破坏阶段。通过在损伤变量前提下得出的预测红砂岩裂纹尺度增长曲线,相比实际裂纹尺度增长曲线符合的较好。因此损伤变量完全可以对岩石内部损伤做出演化分析,同时也表明声发射信息中振铃计数参量包含着岩石内部变化的详细信息。     

充填体室内单轴压缩试验声发射指标特性分析

随着浅部矿产资源开采殆尽,采矿活动逐渐转向深部.充填法开采作为现阶段维持矿山稳定的最有效方法,在国内外各大矿山得到了广泛应用.随着充填法的不断完善,充填体的力学行为特点引起了广泛关注.以充填体力学行为为研究对象,通过室内岩石力学试验并结合声发射监测手段,对不同倾角的预制裂隙影响下,强度在35 MPa以内的充填体试块变形...     

砂岩单轴压缩变形规律及声发射特性

为准确确定岩石岩爆倾向性,对砂岩进行单轴压缩条件下声发射检测试验,研究岩样单轴压缩变形规律与声发射特征.对荷载-变形曲线、AE参数进行统计分析,结果表明,压密阶段和线弹性阶段声发射振铃计数较少,累积能量曲线十分平缓,释放弹性应变能较低,从塑性变形阶段开始,AE活动频繁,累积能量呈指数级释放,损伤加快,声发射类型由之前的突发型变为连续型,应变曲线拐点处,往往出现AE参数峰值.分别对AE振铃计数、累积能量和岩石损伤进行监测分析,能较准确判断砂岩岩爆倾向性.     

基于声发射的岩石疲劳损伤演化

通过砂岩试件疲劳破坏的声发射实验,分析了砂岩疲劳破坏过程的声发射特性,研究了岩石的疲劳损伤演化规律.按岩石整个疲劳过程的声发射特征及损伤演化规律,并参考岩石不可逆变形发展的三阶段规律可以将其分为四个阶段.岩石疲劳损伤破坏具有突发性,在岩石失稳阶段损伤加速演化.如果以声发射监测和预测岩石疲劳破坏,在损伤量0.4左右即进入失稳阶段,在损伤量0.3左右即进入失效阶段.     

块石对充填体损伤演化影响的声发射表征

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩实验,利用1 MHz的宽频声发射传感器采集峰值破坏前各阶段声发射参量,试验结果显示了块石对充填体不同承载阶段应力-应变水平的影响。对比应力-应变-累计声发射事件数关系,发现块石的掺入有利于降低充填体裂纹产生与扩展的速率从而使其承载能力得到加强。分析试验数据得到用累计声发射事件数表征充填体损伤程度的关系式,并得到2组试件的损伤-应变水平关系曲线。分析表明,块石的加入有效抑制充填体前期的损伤增长速率,并使得损伤激增段出现后延趋势。     

外荷载下青砂岩声发射特征及损伤演化规律

为分析青砂岩（QSY）在外荷载下的声发射特征及损伤演化规律,在声发射基础上,根据岩石损伤演化的自组织性、丛集行为及幂律分布特性,结合砂岩结构特征、分形理论和Weibull分布函数,建立了青砂岩损伤二维元胞模型。结果表明：青砂岩试样在荷载后期的塑性变形阶段轴向应力曲线发生线性突变是试样发生破坏的最终结果,破坏值为48.5 MPa,该阶段因微裂隙贯通形成大裂隙,存在事件率缺失现象,该现象为试样破坏前兆特征,破坏方式主要为单斜面和双斜面剪切破坏,形成剪切裂纹;试样受载损伤的3个阶段与AE信号表现特征存在类同,在损伤萌生阶段试样因受矿山生产影响内部存在微缺陷,在此阶段形成损伤演化现象,但间隔损伤值为0.41,未达到所建立元胞模型的不稳定损伤值（0.43）,未发生破坏;随着损伤值增大至0.599时（大于0.43）,试样发生失稳破坏,损伤值快速增长至1。根据岩石损伤演化相关规律和理论建立的二维元胞模型,能够反映青砂岩在外荷载下受力破坏过程和损伤演化规律,为相关研究提供参考和借鉴。     

砂岩单轴循环加卸载试验及声发射特征研究

通过对砂岩进行循环加载试验,揭示了砂岩在循环加卸载过程中的强度变化及声发射特性。试验利用电液伺服岩石三轴试验机和SDAES数字声发射检测仪采集系统,对两组砂岩试样分别进行单轴抗压、单轴循环加卸载试验。试验结果表明岩样在经过循环加卸载后试样的单轴抗压强度略有增大,循环加卸载过程中在伴随着岩样内部原始天然裂隙的压密、新生裂纹的产生、扩展和贯通的同时,也伴随着声发射不断产生。声发射事件在砂岩再次加载应力到达上次加载最大应力前极少发生,达到上次加载最大应力以后则大量发生,说明砂岩岩样在循环加卸在作用下存在声发射的Kaiser效应,而无Felicity效应产生。     

单轴压力作用下岩石损伤演化特征研究

采用赤微观测法和双曝光全息干涉法研究了单轴压力作用下岩石损伤特征,得出了变质砂岩变形与损伤演化的关系。岩石损伤演化实际上是微裂纹扩展区的演化即岩石中微孔隙、微裂纹成核和扩展的过程,裂纹萌生演化的分形分布受岩石组成、结构以及初始缺陷的影响,裂纹的汇合贯通制约着岩石的损伤状态和非线性变形,单轴受压岩石断裂机制主要是张拉破坏和局部剪切破坏。     

混凝土硫酸盐腐蚀损伤的声波与声发射变化特征及机理

试验模拟干湿循环作用下混凝土受10%(质量分数)硫酸钠溶液侵蚀的腐蚀环境,测试和分析硫酸盐不同侵蚀时期混凝土单轴压缩试验时波速和声发射的变化特征.采用环境扫描电镜和能谱仪进行微观观测并结合X射线衍射测试手段分析受蚀混凝土的损伤机理.结果表明:受侵蚀60 d和80 d的试件加载初期会有较明显的压密阶段,试件受硫酸盐侵蚀和干湿循环作用愈久,加载中波速急剧下降的突变点愈提前;受蚀40 d以上的试件加载中声发射事件活跃区间较集中,在腐蚀产生的缺陷和薄弱位置容易出现应力集中和能量集中释放,声发射事件数量急剧上升的突变点提前.通过数学模型以声发射累积振铃计数为损伤变量建立损伤模型可以表征混凝土中环境腐蚀、荷载及损伤之间的作用关系.腐蚀阶段钙矾石与石膏的膨胀作用和硫酸钠的结晶压在试件内部形成微破损,受蚀混凝土表现出不同宏观性能.     

不同含水状态砂岩损伤分析研究

通过对不同含水状态砂岩进行单轴压缩声发射试验,对比分析了不同含水状态和不同损伤表征的砂岩损伤特征。试验结果表明：干燥状态时,低应力阶段,损伤曲线非常平缓,当处于损伤急速增加阶段时,损伤曲线呈多个阶跃上升,较为陡峭;天然含水状态时,损伤曲线开始增长较快,之后进入平静期,曲线较为平缓,临近破坏时,曲线有所上升,但上升幅度较干燥状态小;饱和含水时,低应力阶段也是出现损伤值上升较快,然后进入较长的平静期,临近破坏时损伤曲线变化较小,岩石基本上无破坏征兆。结果表明：砂岩含水率越高,声发射越集中分布于砂岩破坏瞬间,破坏前兆越不显著,破坏时表现出的脆性破坏越明显,声发射参量表征的损伤较应变表征的砂岩损伤更合理。     

红砂岩单轴压缩试验的率效应研究

利用MTS 322试验机对均质红砂岩进行了低加载（应变）率范围内不同量级的单轴压缩试验,考察了加载率对压缩强度、切线弹模和破坏应变的率效应影响规律。试验过程中采用位移控制加载,对应的加载量级分别为0.12,1.2,12,120 mm/min。研究结果表明：位移控制加载率与试样实际加载率、应变率之间均存在良好的线性关系。不同加载速率下岩石材料的单轴压缩强度、切线弹模随着加载率的增加呈现增加趋势,单轴压缩强度增加了11%,切线弹模增加了13%,率效应显著。通过试验数据发现,破坏应变与应变率（加载率）之间无相关性,不具有率效应规律,故强度准则应该是应力准则而不是应变准则。     

岩石细观损伤演化与宏观变形响应关联研究

基于岩石全息干涉图的判读和统计分析,高精度定量获取了单轴压缩变质砂岩、板岩和花岗岩岩石试样变形破坏各阶段的细观裂纹演化及其与应力应变的对应关系,分析了岩石细观损伤演化对宏观变形的贡献;在岩样裂纹演化统计值与宏观力学响应的定量研究基础上,建立了试样表面裂损度和宏观变形响应之间的关系,岩石细观损伤引起变形特性的改变可以通过计量岩石表面裂损度加以描述,直观演示了岩石细观损伤演化与宏观力学响应的关联,能够有效地为岩石工程稳定性评价提供理论支撑。     

循环载荷下胶结充填体损伤声发射表征

胶结充填体是充填采矿法应用的关键部分,其稳定与否是充填采矿成功实施的基础和前提。实际采矿活动对充填体产生一种循环重复的加卸载扰动,通过研究循环加卸载作用下充填体损伤破坏过程的声发射特征,探求充填体的损伤演化机理,可为充填体声发射监测技术提供基础性依据。本研究利用RMT-150C电液伺服系统和PIC-2型USB数字多通道声发射仪对灰砂比为1∶4的4组试样进行多级加卸载试验,模拟充填体实际所处应力环境。通过对试验过程系统接收到的声发射信号分析处理后,发现了循环载荷下胶结充填体的损伤演化具有3个不同阶段特征;同时用经过声发射参数量化后的损伤值表征充填体的损伤,为充填体稳定性监测技术的建立提供数值依据。     

单轴压缩下充填体损伤本构模型研究

为了揭示充填体材料在单轴荷载下的损伤机理,首先对充填体材料在单轴荷载下的应力—应变曲线进行分析,再以损伤变量作为影响充填体材料力学特性的内变量,基于统计损伤理论、最大拉应力准则和应变等效假说,推导了充填体材料在单轴荷载下的经典损伤本构模型.由于充填体试件在初始阶段存在压密过程,提出了压密系数并将其引入到经典损伤本构模型...     

单轴压缩下不同尺寸充填体能量损伤演化特征试验研究

对4种不同尺寸（40,70.7,100,150 mm）的充填体试件进行了室内单轴压缩试验,研究了尺寸变化对充填体能量演化规律和损伤破坏机制的影响,并得到了基于弹性能耗比的充填体破坏前兆判据。研究结果表明：单轴压缩下不同尺寸充填体的能量演化规律相似,体现为峰前以弹性应变能积蓄为主,峰后耗散能占比不断上升并迅速超越弹性应变能;随着试件尺寸的增加,充填体在峰值应力处总输入应变能、弹性应变能和耗散能均呈非线性下降趋势;根据耗散能曲线,可将充填体能量损伤演化过程划分为初始损伤、损伤加速、损伤稳定发展和损伤破坏4个阶段;试件尺寸越大,弹性能耗比K值变化幅度越大;弹性能耗比K值曲线整体先上升后下降,持续到一个较低值,在临近峰值应力处再转为上升。弹性能耗比K值曲线的这一变化规律可作为充填体临界破坏前兆特征。     

单轴压缩试验中减弱端部效应新型方法研究

为了减弱端部效应对单轴抗压强度测量的影响,提出一种新型的单轴压缩试验方法.该方法采用与试件材质相同的岩石作为垫块进行单轴压缩试验,设置了(25+50+25)mm和(20+60+20)mm 2种试件高度组合进行试验,并与高度为50 mm、60 mm的单一试件的试验结果进行对比.结果表明:该新型试验方法可以降低单轴压缩试验...     

不同应力水平下砂岩蠕变声发射频率特征研究

蠕变是岩石重要的力学性质之一,声发射可有效反映岩石变形破坏过程内部状态变化,然而关于岩石蠕变声发射的研究鲜见。通过分级循环加卸载砂岩蠕变声发射试验,采用快速傅里叶变换的方法,进行了不同应力水平岩石蠕变声发射的频率特征研究,得到了各分级蠕变声发射主频变化,结果表明各循环均出现次主频现象,频带随应力水平提高而变宽。