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。     

金川二矿区大范围岩体破坏预测的分维模型

为评价金价二矿区大范围岩体的稳定性，本文设计采用多通道声一位系统进行监测。通过分析声发射事件位置的分布，发现这种分布具有分形特征，其分维值是预报大范围破坏灾害的有效指标，应用灰色理论建立的分维预测模型可以预测未来时间的分维值，从而为预测大范围的破坏灾害提供了基本依据。     

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。     

砂岩单轴压缩下声发射特征与损伤演化

为获取钨矿砂岩矿柱岩石破坏过程中声发射特性及损伤演化规律,对其进行单轴压缩条件下同步测试应力-应变曲线、声发射参数-时间变化曲线的室内声发射试验,通过分析声发射参数与应力变化关系,并试用声发射振铃计数、能量计数来表征岩石损伤。结果表明:该岩石的声发射分布可分为三个不同阶段;第Ⅰ阶段为相对平静期,振铃计数较小、幅值较小,能量释放值较低;第Ⅱ阶段为活跃期,声发射活动分布逐渐密集,但大多数信号值都处于低级别水平,岩石仍处于稳定阶段;第Ⅲ阶段为失稳前兆期,振铃计数、幅值均值和弹性能释放迅速增大,且分布更为密集,出现多个峰值,峰值处都对应着应力-应变曲线上的拐点,岩石失稳时各声发射参数都达到最大值。用声发射振铃计数或能量计数能较好的反应岩石内部的损伤演化过程。     

岩体结构分析与监测共同预测预报冒顶片帮

通过云南大姚铜矿、大厂铜坑锡矿、云锡马拉格锡矿等矿山采用岩体结构分配与声发射等监测手段相结合的方法，确定危险的冒落体及滑落体对冒顶片帮事件预测预报成功的实例，首次提出了岩体结构分析监测法这一新方法，阐明了该方法的主要研究内容及其特点。     

脆性岩石Kaiser效应及其应用

通过单轴受压岩石破裂过程中声发射特性，分析脆性岩石变形形状和破裂机理，提出了Ｋａｉｓｅｒ效应特征点的σＫ确定方法及ｎ值在评价声发射法中的应用。     

岩体稳定性的声发射评价

阐述了用声发射技术评价岩体稳定性的基本原理，介绍了其在危险山体、放顶、冒顶监测中的应用。     

WNN模型在预测声发射信号方面的应用

小波神经网络具有预测精度高、结构简单以及收敛快等众多优点,因此,试图将这一优势模型用于声发射的预测方面,进而为矿业领域完善一种新的预测方法,并根据实验室岩石加载实验过程中采集的大量声发射数据,建立了一种与之相适应的预测模型。首先,针对实验室实验过程中监测得到的声发射数据建立了小波神经网络模型（WNN模型）,然后对声发射监测得到的声发射事件率进行网络自主学习,得到预测结果,最后与实际值相比并计算其误差。结果表明：WNN模型预测精度较高,与实际监测得到的结果基本吻合,证明WNN可以用于声发射信号方面的预测。     

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.      

埋入式水泥基球形压电传感器的制备表征及其在声发射监测中的应用

研究设计、制备以及表征了一种基于球形压电陶瓷壳的埋入式水泥基压电声发射传感器.相比于传统的片状压电声发射传感器只能接收特定方向信号的特点,该水泥基球形压电传感器具有全向接收信号的优势.之后,将该水泥基球形压电传感器埋入钢筋混凝土梁中,对梁试件四点弯加载过程进行了声发射监测研究.对比分析了水泥基球形压电传感器与商业外贴式片状压电声发射传感器的监测结果,包括声发射幅值、b值以及分形维数随加载过程的演化关系.结果表明,相比于商业外贴式声发射传感器,水泥基球形压电传感器可以取得较好的监测效果,且在结构加载后期对低强度信号具有更高的灵敏度.两种传感器采集到的的声发射信号的b值和分形维数均反映了结构破坏阶段的演化,可以将b值和分形维数的持续下降并维持在较低水平作为该钢筋混凝土梁试件最终破坏的预警标志.此外,相较于纯商业声发射传感器组成的定位组,该埋入式水泥基球形压电传感器所在声发射定位组捕捉到的破裂点数量大幅提高,有效提高了破裂点定位的准确度与灵敏度.     

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。     

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。     

河西金矿围岩蚀变与矿化富集规律研究

通过对河西金矿近矿围岩蚀变及矿化富集规律的研究,作者认为围岩蚀变属于岩浆期后热液交代作用形成。受断裂构造带影响,形成断裂蚀变带,对金的富集成矿起到了一定的作用,并讨论了围岩蚀变与矿化富集规律在找矿方面的指导意义。     

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W_ET、变形脆性指数K_ε和线弹性能W_e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1 000 m以上时,灰岩具有强岩爆倾向;不同埋深灰岩受压破坏过程中声发射累计能量—时间变化曲线可划分为平稳、增长和破坏3个阶段,随着灰岩岩爆倾向逐级增强,岩爆破坏释放的能量越大;各埋深灰岩试样主频主要为90~180 kHz的低频带,同时中等和强岩爆倾向具有270~330 kHz高频率次主频;各埋深梯度下灰岩声发射能率分形特征与其内部裂隙演化规律具有一致性,不同埋深灰岩岩爆倾向性由弱到强的分维值演化模式按“升维—波动—降维”到“平稳—降维”演化。研究结果可为深部开采预警岩爆提供理论依据。     

岩体声发射技术在矿山中的应用

吸收灰色系统的科学理论和方法,运用灰色理论GM(1,1)模型建立岩体失稳声发射预测预报模型并实现预测预报,将整个预测预报系统采用Visual C^ 语言进行计算机可视化开发,实现了可视操作,保证了对现场监测数据快速、准确处理,提高了监测预报效率。     

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.     

单轴荷载下裂隙岩体超声波传播速度研究

从断裂力学的理论出发,分析了弹性波在裂隙岩体介质中的传播特征;以裂隙岩体的裂隙密度参数在单轴加卸载过程中的不同表达式为基础,建立了裂隙岩体在单轴循环加载过程中各个阶段裂纹重分布后超声波波速的理论公式;同时采用声波实验和单轴循环加载实验相结合的方法,以山东某矿勘探区岩体为试验对象,对取自该矿区的岩样进行了实验。实验结果与理论模型计算结果基本一致,说明对于具有一定分布规律的裂隙岩体介质,弹性波在其中传播的速度可以通过裂隙岩体的裂隙密度参数求解得到。     

岩石尺寸效应对其声发射影响的数值模拟研究

对6种同一高径比、不同尺寸的同性质岩石试样进行数值模拟,研究其对岩石破坏过程声发射的影响。结果表明:试样尺寸小时,大声发射事件在主破裂前后都有显著出现,其分布由当初无序性到峰值后在试样中部集聚成核;残余变形阶段,有相当数量和能量的声发射出现,且有几次出现在数量和能量上均较显著的声发射带。当试样尺寸较大时,在达到峰值前声发射较少,且随机分布在试样中,大声发射事件出现次数较少且仅在峰值应力时出现,其数量和能量均最显著,声发射在两处聚集成核;残余变形阶段,声发射很少发生,其分布又呈无序性。根据声发射时间序列和空间分布的特征关系,对利用声发射特性预测不同尺寸岩石试样破裂来临及其位置有一定的参考意义。