单轴多级加载下岩石声发射特性试验研究

对大理岩和花岗岩开展室内单轴多级加载试验,得到应力—应变,声发射参数、应力与时间关系。研究结果表明:在加载初期,两者没有明显的声发射现象,表明试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合;在稳压阶段,大理岩声发射活动水平较低,岩石中有少量新生裂纹的产生或扩展;花岗岩声发射活动显著,岩石在载荷稳定时裂隙继续发展;临近破坏时,大理岩声发射活动水平较低,花岗岩声发射活动集聚增加。室内单轴多级加载试验在一定程度上反映工程岩体分级开挖时应力调整前后声发射的变化趋势。对高应力、多扰动的深部岩体,建议现场声发射监测岩体稳定性,岩爆等地质灾害时,应掌握合适的监测时机,对多中段同时开采的矿山深部岩体应加强顶底板、围岩、矿柱的声发射监测,为现场岩体稳定性监测与预报的判据提供了借鉴和思路。     

单轴加载条件下砂岩声发射特性分析

通过单轴加载条件下砂岩破裂过程的声发射试验,采集了砂岩变形各个阶段的声发射信号,得到了应力-时间-累计振铃计数、应力-时间-声发射事件率曲线.结合应力-应变曲线,对整个破坏过程中的声发射信号特征参数进行了分析,同时采用快速傅里叶变换,对其中按时间序列选取的110个声发射信号进行了频谱分析,得到了声发射信号对应的主频,对主频随应力的变化情况进行了分析.结果表明:在峰值强度50%之前,主频随压力随机变化,在峰值强度50%之后主频有降低的趋势,且主频主要集中在140~180 kHz之间.     

不同加载速率下巷道岩爆声发射特征实验研究

利用双轴伺服试验机开展不同加载速率下巷道岩爆模拟实验,利用美国物理声学PCI-2型声发射系统监测并采集声发射信号,研究加载速率对巷道岩爆的影响。研究结果表明:不同加载速率下巷道声发射事件率随时间变化规律大体一致,声发射事件率出现频度较高的群发性特征;声发射能率和声发射事件率呈此消彼长的趋势,前期阶段:岩样处于储能阶段,事件率较高、能率较低。加载后期:岩样处于能量释放阶段,事件率较低、能率较高;随着加载速率的增加,声发射能率剧增并达到峰值时间提前,表明加载速率越大,越容易发生岩爆;加载后期出现少量大能率事件,此阶段可以作为岩爆发生的前兆信息。     

三轴不同加载路径下花岗岩Kaiser效应试验研究

为了解不同加载路径三轴预加载对花岗岩Kaiser效应的影响,先对花岗岩进行三轴预加载试验,再进行单轴压缩试验并采集声发射信息,据此分析预加载对声发射特征的影响。研究表明,预加载时轴压和围压的加载顺序及大小对于Kaiser效应有明显的影响。先加围压可以抑制轴向加载损伤的产生,导致Kaiser点提前。先加轴压,后加较小围压对Kaiser点影响可忽略;后加围压如果较大,则会加大花岗岩所受损伤,导致Kaiser点延后。如果轴压围压同步加载,则会大幅度影响Kaiser点的准确性,甚至完全观察不到预加载的影响。该试验研究方法和结果可为岩石Kaiser效应理论研究提供参考。     

不同荷载条件下低孔隙率砂岩巴西劈裂试验的声发射特性

针对巴西圆盘荷载接触条件对巴西劈裂试验影响的问题，采用声发射监测系统开展线/非线荷载接触条件下低孔隙率砂岩巴西劈裂试验。直径为50 mm，厚度为25 mm的标准巴西圆盘按照同一种传感器三维布设方式布置8个Nano30传感器。在相同的荷载速率下，声发射监测Richter8系统对线/非线荷载两种荷载条件下的巴西圆盘进行准静态加载的波形信号连续记录。通过P波自动到时及网格坍塌搜索算法进行定位，在线/非线荷载条件下分别有1131和931个声发射事件被成功定位。圆盘的起裂位置均在圆盘非中心位置，对于非中心起裂的试验值可能低估了巴西抗拉强度。裂纹下半球极点密度投影分析表明，非线荷载条件下破裂面的局部扭曲程度大于线荷载。试样三维损伤演化结果表明，圆盘所受荷载面积大小，显著影响圆盘损伤累计的时间、释放能量的大小和裂纹扩展的稳定性。对有效声发射定位事件进行矩张量分解获取了两种荷载条件下各向同性部分（ISO）、纯双力偶（DC）和补偿线性矢量偶极成分（CLVD）频率百分比，并采用微裂纹破裂类型分类方法来定量分析震源机制，结果表明巴西劈裂对荷载条件并不敏感，两者均可以解释为近似平行于荷载方向上的张拉裂纹的萌生、扩展及贯通。      

载荷岩石材料在加载-卸荷扰动作用下声发射特性

通过在不同应力水平下对岩石试样的加载-卸荷实验,对岩石试件在不同应力状态下受到\     

不同围压条件下花岗岩压缩破坏声发射特征细观数值模拟

采用颗粒流软件PFC2D从细观上对侧限压缩下的非均匀花岗岩岩样进行了声发射(AE)时空特征研究.结果表明,随着围压的增加,岩样破坏的峰值荷载提高,破坏形式由突发失稳逐渐转变为渐进式破坏.岩样声发射的峰值出现时间和岩样的峰值破坏不同步,存在一定的滞后,大约出现在峰后90%峰值荷载处.在岩样破坏前均存在声发射的相对平静期,围压的大小不仅对声发射的时序特征有显著影响,而且声发射相对平静期也随着围压的增加而延长.通过对应变能的追踪,发现在声发射相对平静期存在应变能被吸收的现象,验证了在岩石破坏过程中存在损伤愈合过程.     

不同荷载作用下岩石的声发射特征

由于岩石破裂过程的尺度无关性质,通过对岩石样品破坏过程中声发射特征的研究可增进对采矿工程岩体失稳过程的认识。基于室内声发射试验及国内外学者在岩石声发射方面的大量科研成果,讨论了各种受力状态对岩石声发射活动性的影响,即单轴加卸载和三轴加卸载等多种荷载条件下的声发射特征,重点分析了岩石破坏前"声发射平静期现象"出现的条件。通过与岩体破裂过程中声发射监测结果中"沉寂区"的对比分析得出,在利用声发射技术监测地下工程岩体结构的稳定性时,必须深入分析岩体的声发射特征和应力状态变化过程,才能准确识别岩体破坏前兆现象,有效地作出对地质灾害的预报。     

含陡倾角软弱结构面的花岗岩力学特性及声发射特征

利用MTS 815.03岩石试验机对试件进行三轴压缩试验,采用DISP声发射测试系统进行声发射数据收集,并对含陡倾角软弱结构面的岩体试件和岩石试件进行试验对比.两种试件随围压的增加强度逐渐增加,破坏由脆性向延性转变;岩体试件总是沿结构面滑移破坏,岩石试件为剪切破坏.随着围压的增加,两种试件的弹性模量、变形模量、峰值应变和峰值强度增加;岩体试件弹性模量、变形模量值和峰值强度低于岩石试件,而峰值应变高于岩石试件.岩体试件内摩擦角小于岩石试件,而黏聚力大于岩石试件.随围压的增加,两种试件在峰值应力阶段声发射事件远高于其他阶段,而岩体试件声发射事件集聚量远远高于岩石试件.研究结果表明软弱结构面的存在降低了岩体的力学性质,因此在高放废物地质处置库选址时结构面发育特征是需要考虑的关键因素.     

不同侧帮高度空区顶板破坏声发射特性研究

当地下空区采用充填处理时,由于充填很难接顶,最终仍会破坏地下空区顶板并导致地表沉陷。通过配制空区的相似模拟材料和制作不同侧帮高度的空区试件,在单轴压力试验机上运用纵向均匀加载的方式对空区顶板进行破坏,同时基于声发射技术了解空区顶板变形破坏过程。研究表明：不同侧帮高度的空区顶板从加载到完全破坏都分别经历了微裂纹压密阶段、弹塑性压缩阶段、塑形变形阶段、完全破坏阶段和破坏后阶段;空区模型侧帮高度越低,空区顶板达到破坏所需的应力峰值越大,所对应的纵向位移量越大,空区顶板越不容易被破坏;空区顶板受纵向加载作用时,最易破坏的部位为中心部位。     

循环载荷下块石胶结充填体声发射特性研究

利用RMT-150C岩石力学试验系统和PCI-2型声发射采集系统,对灰砂比为1∶4的纯尾砂充填体与块石作骨料的胶结充填体在不同幅值循环加卸载条件下损伤破坏全过程的声发射特性进行了研究。试验结果显示：含块石充填体在循环载荷下损伤破坏过程声发射信号较纯尾砂充填体更加丰富,且均表现出在加卸载应力幅值为80%的阶段声发射活动最为平静的共性。试验数据处理结果表明：充填体Kaiser效应的有效应力区间为相对应力水平低于70%,超过这一区域后,Kaiser效应失效,Felicity效应显著。     

分级尾砂胶结充填体力学及声发射特性试验研究

胶结充填体力学性质、充填强度和损伤过程是影响矿山充填安全的重要因素。对单调加载条件下矿山尾砂胶结充填体力学及声发射特性进行研究,制作了不同配比条件下的圆柱型充填体试件,测试其单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变曲线和声发射参数,研究分级尾砂胶结充填体的变形破坏特征。研究结果表明,分级尾砂胶结充填体养护时间和单轴抗压强度之间存在指数关系,提出分级尾砂胶结充填体强度-养护时间预测模型,从而为探究分级尾砂胶结充填体力学参数的成因及对其调节提供依据。     

不同埋深灰岩岩爆倾向性及声发射特征试验研究

通过开展不同埋深灰岩的常规单轴试验,获取灰岩破坏过程中的应力—应变曲线和声发射时域特征参数.利用弹性能量指数WET、变形脆性指数Kε和线弹性能We指标,判别不同埋深灰岩岩爆倾向性.通过分析灰岩破坏过程的声发射特征参量及其变化规律,建立了发生岩爆的前兆信息特征.结果表明:随着埋深梯度递增,岩石岩爆倾向逐级增强,当埋深达1...     

循环动力扰动下花岗岩细观损伤特性试验研究

为研究循环动力扰动下岩石细观损伤特性,本文选取花岗岩为研究对象,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行循环冲击试验,并结合核磁共振系统(NMR),得到了循环动力扰动后花岗岩孔隙度、横向弛豫时间T₂谱分布以及核磁共振图像(MRI).试验结果表明:在岩石弹性极限范围内,动力扰动结束后,岩石材料孔隙度降低;初始与最终横向弛豫时间T₂缩短,循环扰动过程促使了小孔隙生成,大孔隙尺寸与数量减小;孔隙度降低不意味着所有类型孔隙的数量均减少,相反小孔隙数量是增加的,大孔隙数量减少是动力扰动后花岗岩孔隙度降低的根本原因.     

不同岩石脆性破坏声发射时频特性及信号识别

针对不同岩石脆性破裂声发射信号的非稳定性等特点,提出了声发射参数、Welch 谱、EMD 和BP 神经网络相结合的声发射信号特征提取及识别方法.通过对3 类脆性岩石进行单轴压缩声发射试验,获取了岩石破裂全过程的力学、声发射参数及波形;对各类岩石的声发射信号的时频特征进行了对比分析;综合声发射参数、峰值频率及EMD 能量熵等特征向量,运用BP 神经网络对岩石声发射及干扰源信号进行模式识别.结果表明,不同岩石在单轴加载下声发射参数随应力或时间的演化特征存在异同;EMD 与Welch 谱可很好体现出不同岩石声发射信号频谱与能量分布的特征差异;不同岩石声发射多种特征的神经网络具有良好的识别效果.      

循环荷载作用下胶结充填体声发射特征试验研究

随着开采深度的增大,采场地压显现日趋严峻。胶结充填体作为充填采矿法中采场的重要结构单元,对维护采场稳定具有重要作用,因此了解认识胶结充填体在外界荷载作用下的响应特征具有重要的意义。通过进行单轴循环加卸载试验,研究了胶结充填体在加载阶段的声发射特征,以及声发射“平静”期的分形特征。结果表明:胶结充填体存在明显的压密阶段。在压密阶段初期,声发射能率较大。而后随着应力的增大,声发射能率又逐步降低,并最终维持在较低的水平;在弹性阶段,声发射事件率和能率随应力的增大而增大,并且声发射事件率普遍大于其余加载阶段;在加载应力达到胶结充填体峰值应力前,声发射会出现“平静”期。在此时期,声发射能率出现剧烈波动,且声发射分形维数是不断减小的;试验中,下级加载声发射能率大于上级加载,并且声发射能率对充填体损伤程度的敏感性大于声发射事件率。      

劈裂荷载下的岩石声发射及微观破裂特性

通过开展花岗岩和大理岩巴西圆盘声发射试验,结合扫描电镜进行破裂面微观形貌分析,探讨了劈裂荷载下岩石声发射特性与微观破裂机制的关系.结果表明:基于RA(上升时间与幅值的比值)和AF(平均频率)的变化趋势,不同裂纹模式(拉伸裂纹、剪切裂纹以及复合裂纹)的分布和破坏强度受岩石结构影响,但岩石裂纹演化过程不受其影响.相应地,两种岩样破裂信号均以400～499 kHz为主,100～199 kHz的信号次之,但不同破裂阶段的峰值频率变化趋势显著不同.在微观形貌上,花岗岩劈裂面的微观形貌以层叠状、台阶状及平坦状为主;而大理岩以光滑多面体状为主.此外,结合频率-尺度缩放关系可推测,400～499 kHz的信号应主要来自钾长石、大理岩矿物颗粒内部的破裂;100～199 kHz的信号应主要来自石英矿物颗粒内部不连续分离以及压密阶段矿物颗粒之间的滑移.     

劈裂荷载下的岩石声发射及微观破裂特性

通过开展花岗岩和大理岩巴西圆盘声发射试验,结合扫描电镜进行破裂面微观形貌分析,探讨了劈裂荷载下岩石声发射特性与微观破裂机制的关系。结果表明:基于RA（上升时间与幅值的比值）和AF（平均频率）的变化趋势,不同裂纹模式（拉伸裂纹、剪切裂纹以及复合裂纹）的分布和破坏强度受岩石结构影响,但岩石裂纹演化过程不受其影响。相应地,两种岩样破裂信号均以400～499 kHz为主,100～199 kHz的信号次之,但不同破裂阶段的峰值频率变化趋势显著不同。在微观形貌上,花岗岩劈裂面的微观形貌以层叠状、台阶状及平坦状为主;而大理岩以光滑多面体状为主。此外,结合频率?尺度缩放关系可推测,400～499 kHz的信号应主要来自钾长石、大理岩矿物颗粒内部的破裂;100～199 kHz的信号应主要来自石英矿物颗粒内部不连续分离以及压密阶段矿物颗粒之间的滑移。      

基于声发射监测的矿柱破裂过程试验研究

在地下开采过程中,往往留有各种不同形式的矿柱。矿柱支撑采场顶板的同时还维护采场围岩的稳定性,因此矿柱的稳定性是影响矿山安全生产的重大因素。借助声发射定位技术手段,对不同尺寸的矿柱做了一系列试验,旨在探索矿柱试件在加载过程中变形、破坏规律,并对矿柱试件的变形、破裂作出初步的预测。