基于AE统计模型的砂岩蠕变试验研究

为分析水溶液对砂岩蠕变特性的影响,利用RLJW-2000岩石流变伺服仪对3种含水率下的砂岩进行了单轴长期力学行为研究,并利用PAC声发射(AE)监测仪对砂岩试验全过程进行声信号采集。试验结果表明:砂岩在长期荷载下,表现出应变硬化特征,有明显的蠕变稳态阶段,伴随加载的进行,蠕变速率随之增大;随着含水率的增加,相同应力等级下的蠕变速率随之增大。振铃计数率与蠕变速率具有相同的变化趋势,且累计振铃计数-时间曲线与应变-时间曲线两者走势基本相同。在假设试验材料服从Weibull统计分布的前提下,通过AE事件数表示岩石的损伤程度,推导出了基于AE事件点的损伤演化方程,相同应力水平下,高含水率砂岩内部损伤发展较低含水率快。比较蠕变曲线和损伤变量曲线的加速临界时间点,发现基于损伤变量得到的临界时间点相对蠕变加速时间点较为提前,说明利用声发射来预测蠕变破坏时间更为准确,这对于实际工程中的灾害防治工作有着重要作用。     

干湿循环节理砂岩单轴压缩声发射演化特征

干湿循环对岩石造成不可逆的累积损伤,而岩石的变形破坏过程伴随着明显的声学特征。为探讨干湿循环后节理砂岩变形破裂机理,通过开展节理砂岩室内单轴压缩试验,采用声发射测试技术监测岩样损伤破坏的声学数据,研究历经0、1、5、10、15、20次干湿循环作用后的完整、单节理、双节理砂岩岩样在变形破裂过程中声发射参数的演化特征。结果表明：随着干湿循环次数的增加,砂岩岩样峰后塑性特征逐渐增强,声发射活动表现存在微弱、增强、陡增、剧烈4个阶段;随着干湿循环次数的增加,节理岩样声发射剧烈活动阶段的持续时间、累计振铃计数的降幅以及变形破坏过程中的声发射b值均呈逐步增大的趋势;各种干湿循环次数情况下完整岩样的声发射b值均大于节理岩样。研究成果可为干湿循环下节理岩体变形破坏机理研究提供有益的参考。     

小浪底细砂岩单轴压缩声发射特征研究

采用岩石伺服试验机和声发射仪,对小浪底三叠系细砂岩进行单轴压缩声发射试验。基于试验结果,将试样变形过程划分为压密、弹性、塑性和破坏四个阶段,分析了不同阶段试样声发射幅值、峰值频率、振铃计数和能量的变化特征,在此基础上对比分析了试样声发射ｂ值以及累计振铃计数的演化规律,得出了岩石的破坏时间前兆特征。研究结果表明:压密和弹性阶段试样声发射幅值、振铃计数和能量处于较低水平、峰值频率频带数量依次增多;塑性阶段试样幅值增大、振铃计数与能量上升且整体处于较高水平、峰值频率数值增大且呈现多频带化,临近破坏阶段试样产生大量100ｄＢ的高幅值信号,振铃计数与能量持续急增,峰值频率降低,频带减少;声发射ｂ值的变化规律可以间接反映岩体内部微裂隙萌生、扩展的演化特征。     

秦岭隧洞深部岩石力学性能及声发射特征研究

通过对引汉济渭工程秦岭输水隧洞深部三类岩石片麻岩、花岗岩和石英片岩开展围压水平为0、5、10、15 MPa下的三轴压缩试验,分析研究了其力学性能变化,对深部花岗岩试件进行了单轴一次循环加卸载,并同步监测声发射变化,分析了声发射振铃计数、声发射能量和应力的特征规律。结果表明:秦岭隧洞深部片麻岩、花岗岩和石英片岩三类岩石试件的峰值强度和弹性模量均随着围压的增大而逐渐增大,弹性模量增幅随围压增大有所减小。围压一定时,花岗岩的强度和弹性模量均最大,但随着围压的增大,强度相差幅度有所减小,花岗岩的黏聚力和内摩擦角最大;花岗岩试件加载破坏后应力陡降,呈脆性破坏,岩爆倾向性较强;卸载再加载时,其累计声发射振铃计数和累积能量增长迅速,振铃计数率和能量率随应力增大迅速跃升,声发射活动剧烈,卸载会加速岩石受荷不稳定破坏的进程;冲击倾向性较高的岩石在单轴受压时释放较多的能量。     

鄂西巴东组红层泥岩的水理性质研究

针对红层软岩遇水易软化、崩解的特点,以巴东组红层软岩为例,选取泥岩、粉砂岩进行浸水崩解试验、单轴抗压强度试验,分析红层软岩在不同含水率的情况下的崩解性、软化性。试验结果表明,泥岩水理性质与所含的黏土矿物有关,也与含水率的交替变化程度有关。在天然含水率状态下浸水的岩样,其水理性显现程度较小,而发生干湿交替循环的岩样再浸水后,其水理性就变得极其强烈。     

贵州赤水红层砂岩压缩破坏过程孔隙及渗透率试验研究

【目的】为了认识红层砂岩在加载过程中渗透率演化特征,【方法】通过声发射、核磁共振、渗透试验对贵州赤水红层砂岩加载过程中孔隙和渗透率的演化过程进行了研究,讨论了孔隙分形维数、孔隙率与渗透率之间的关系。【结果】结果显示：砂岩的小孔占总孔隙的33%～37%,大孔占总孔隙的64%～68%;经历多次加载梯度后,砂岩试样S-3、S-4、S-5的渗透率最终分别降低至初始渗透率的71%、63%、54%。【结论】结果表明：砂岩的渗透率在加载全过程中随应力的增加呈线性降低,孔隙率变化表现出明显的阶段性,孔隙压密阶段孔隙率降低,弹性阶段初期孔隙率回升后随应力增长而降低,非稳定破裂阶段孔隙率增大;砂岩的核磁共振T₂谱图呈双峰特征,在试样破坏前,大孔径孔隙比例降低,小孔径孔隙比例升高。NMR大孔分形维数D_fl与渗透率线性相关性强;核磁共振成像结果(MRI)可显示砂岩在不同加载阶段内部微孔洞和微裂隙的演化过程,通过对砂岩核磁共振图像处理,可获得不同应力加载过程砂岩孔隙演化规律。     

三种倾角结构面对岩体变形破坏特征影响研究

以山西朔州麻家梁煤矿砂岩以及张集煤矿闪长岩为例,将岩样加工成60°,75°,90°三种倾角结构面的岩样,并对加工后的结构面进行水泥填充,进而研究3种倾角结构面对岩体力学特性与破坏形态的影响。单轴压缩试验与数值模拟试验结果表明:随着倾角的增大,两种岩性岩样单轴抗压强度都呈现上升的趋势,同条件下的闪长岩岩样单轴抗压强度要小于砂岩岩样单轴抗压强度;结构面倾角为60°与75°的岩样主要从顶部与侧面结构面附近萌生裂隙开始发生破坏,随着加载应力不断增大,岩体顶部应力集中部分将出现破碎并使岩体完全破坏,而结构面倾角为90°的岩样主要是由于岩体顶部萌生出大量竖向扩张劈裂隙使岩体发生破坏。     

新近系弱胶结岩力学特性的室内试验研究

引黄入洛工程隧洞围岩主要为新近系弱胶结砂岩和黏土岩,表现出极差的工程特性,是施工急需解决的关键性问题。通过室内单轴压缩变形试验,研究岩石结构和含水率对岩样力学特性的影响。结果表明:岩石结构和含水率对两种岩样的力学特性均影响较大;混合结构砂岩岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比要明显小于均匀结构砂岩样的,而含水率的影响更大,随着含水率的增大,混合结构砂岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比明显降低;岩石结构对黏土岩样的力学特性影响更大,与均匀结构黏土岩样参数相比,混合结构黏土岩样的单轴抗压强度显著降低,而弹性模量和泊松比却显著增大,弹性模量与单轴抗压强度呈负相关;随着含水率的增大,黏土岩样的单轴抗压强度、弹性模量明显降低,而泊松比明显增大,混合结构黏土岩样的弹性模量大幅降低。由于岩石强度很低,试验中的数据较少,因此应力—应变曲线均呈明显的台阶式变化。含水率较高和混合岩石结构是导致引黄入洛工程隧洞围岩工程特性极差的主要原因,施工时应首先解决地下水问题并进行超前支护,以增强围岩的强度和稳定性。     

复杂应力路径下三峡库区砂岩力学特性分析

针对三峡库区中砂岩进行了三轴加载试验,及不同应力路径的三轴卸荷试验。试验结果表明:与加载破坏相比,卸荷破坏岩样表现出较强的脆性。卸荷作用引起了岩样变形模量、内摩擦角、黏聚力等力学参数的劣化,从而导致岩样质量的降低。卸荷路径不同时卸荷阶段应力-应变曲线形态有很大区别。按照轴压、围压等速率减小的路径卸载,卸荷阶段应力-应变曲线呈下凹形态且出现回弹变形,回弹变形占卸荷段总变形的比例随初始围压值的增大而减小。更多还原     

单轴压缩下岩石声发射及其分形特征

利用MTS815程控伺服刚性试验机加载系统和AE210声发射检测系统,对灰岩进行单轴压缩试验,获得了岩石应力—应变—声发射事件数曲线。根据声发射特征,将曲线分为5个阶段,各阶段对应的声发射特征差异显著;利用分形理论得出声发射事件数序列分形维数在整个加载过程中呈先升后降的规律。在压密阶段至弹性阶段,声发射分形维数呈现上升特征,表明岩石破坏以小尺度的微破裂为主且在岩石试件中微破裂相对均匀分布;在稳定破裂扩展阶段至破坏阶段,分形维数呈现下降特征,表明岩石中大尺度微破裂增加且逐渐向主破裂面贯通。对声发射事件数据序列进行计算,参数点与拟合回归的直线的相关系数均在0.82以上,参数点与所拟合直线之间具有较好的相关性,也即岩石破裂过程的声发射参数序列具有分形特征。     

干湿循环作用下受荷砂岩损伤劣化特性研究

为研究干湿循环作用下砂岩力学特性的劣化规律,对经历不同干湿循环次数下的弱胶结砂岩进行核磁共振(NMR)及单轴压缩试验,采用声发射技术(AE)实时监测砂岩受荷破坏过程,并采用砂岩孔隙度定义损伤变量,建立干湿循环受荷条件下岩石损伤劣化模型,探究岩体在干湿-受荷作用下的损伤劣化机制。结果表明:①砂岩在循环初期的驰豫时间T₂谱面积增幅最大,且随循环次数的增长不断减小;单轴压缩后的岩样,其T₂谱面积相较于破坏前增长幅度显著。②随循环次数的增加,砂岩试样的塑性变形不断增大,声发射累计振铃数呈降低趋势,降低幅度最大达76.21%。③单轴抗压强度和弹性模量均随干湿循环次数的增大呈指数衰减;引入劣化度表征岩石力学参数的劣化程度,发现岩石单轴抗压强度的劣化速率随孔隙度的增长不断减缓。     

单轴压缩盐岩声发射特征及损伤演化探讨

为了探究盐岩压缩变形破坏过程中,声发射现象与内部损伤的相关关系,利用四川大学MTS815岩石力学试验系统,对云南安宁盐岩进行单轴压缩试验,分析了盐岩声发射特征。依据损伤理论,得到了基于声发射参数的盐岩的损伤演化模型,并引入修正系数对其进行理论修正,分析损伤终值对损伤本构模型的影响。研究结果表明:盐岩的声发射(acoustic emission,简称AE)振铃计数率和能量率在弹性极限附近达到最大值,之后呈现高频低幅值的声发射现象;基于声发射的盐岩损伤变量值在压缩变形前期增加较快;基于AE累计振铃计数得到的损伤值<基于AE累计能量计算得到的盐岩损伤值;修正后的声发射损伤理论模型曲线与试验曲线全过程吻合较好,能够较好地反映盐岩内部损伤演化过程;振铃计数参数模型比能量参数模型能更好地模拟盐岩的损伤演化特征。     

冻融循环中低应力水平加卸载作用下砂岩物理特性研究

采用无损检测技术,对冻融过程中预加载损伤和无加载损伤的砂岩岩样进行检测,检测内容包括每次冻结、融化、低温烘干后各个岩样的质量、纵波波速、电阻率及浸润面积。通过试验数据分析得到了在不同冻融循环周期条件下,砂岩在不同上限应力循环加卸载作用下的物理特性变化规律及评价岩样敏感程度的最佳参数,为水利水电相关的岩质工程,如岩质的隧洞口、水工边坡等在冻融循环荷载次序作用下的一些稳定性分析提供了参考,也为相关试验优选测试指标提供了依据。     

不同垫块包围角度下砂岩劈裂声发射特性试验研究

为研究岩石劈裂试验中不同垫块包围角度对岩石声发射特性的影响,采用包围度数分别为10°,30°,60°的垫块对砂岩圆盘试样进行单轴循环加卸载试验,对比分析试样的声发射特性。试验结果表明：包围度数的增加对砂岩Kaiser效应几乎没有影响,而试样的累计计数、累计能量计数、峰值强度均显著提高,试样由沿荷载直径附近的单一劈裂破坏逐渐演变为沿垫块端部首先局部失效的复杂破坏。在整个循环加卸载过程中,不同包围度数下砂岩声发射b值演化规律总体一致,不同荷载阶段试样内部损伤的程度不同,b值呈现出一定的演化规律。研究成果可为利用Kaiser效应测量地应力及岩石破裂过程分析提供试验支撑。     

堆石混凝土劈裂抗拉破坏过程中声发射特征分析

【目的】通过研究堆石混凝土(RFC)和自密实混凝土(SCC)在劈裂抗拉破坏过程中产生的声发射信号,并进一步确定最终的裂缝形态,有助于深入了解RFC和SCC的劈裂破坏特征,从而确保结构的可靠性和安全性。【方法】制作了边长为600 mm的RFC和SCC立方体试件,研究了RFC和SCC在劈裂抗拉破坏过程中声发射参数(振铃计数和累计振铃计数)与位移荷载曲线的关系;利用声发射信号的统计方法(RA和AF)分析确定了RFC和SCC裂纹演化特征;基于RA-AF值的混合高斯模型(GMM)辨识了劈裂抗拉破坏过程中RFC和SCC的开裂模式(拉伸型开裂或剪切型开裂)。【结果】结果显示：在劈裂破坏过程中,RFC声发射振铃计数分布不均,呈现分段式变化特点,累计振铃计数呈现明显阶梯状上升,SCC声发射振铃计数分布均匀,累计振铃计数平缓上升;RFC和SCC的拉伸型裂纹区域对应RA-AF数据点向AF轴靠拢,剪切型裂纹区域对应RA-AF数据点向RA轴靠拢,均表现出明显的原点集中现象。【结论】结果表明：(1)RFC和SCC劈裂抗拉破坏强度分别为其立方体抗压强度的0.065、0.067;(2)在劈裂抗拉破坏过程中,RFC的破...     

单轴压缩和劈裂试验下不同岩性岩石声发射特性研究

为研究不同岩石声发射特性,选取均质、节理裂隙不发育的白砂岩、大理岩和花岗岩3类完整岩样和不均质、节理裂隙发育的现场岩样为试验对象,进行单轴压缩和巴西劈裂试验,研究拉-压作用下不同岩石声发射特征的差异性。结果表明,在单轴压缩试验下,完整岩样声发射参数特征与岩石强度密切相关,花岗岩破坏所释放的累积AE能量明显大于白砂岩和大理岩;现场岩样各声发射参数最大值则与岩石强度关联性不大。完整岩样和现场岩样的动态b值基本分布范围在1~4之间,且整体呈先上升中间波动随后回落的变化规律。岩石加载整个过程中的声发射特征与岩石均质程度和节理发育情况密切相关。     

单轴压缩和劈裂试验下不同岩性岩石声发射特性研究

为研究不同岩石声发射特性,选取均质、节理裂隙不发育的白砂岩、大理岩和花岗岩3类完整岩样和不均质、节理裂隙发育的现场岩样为试验对象,进行单轴压缩和巴西劈裂试验,研究拉-压作用下不同岩石声发射特征的差异性。结果表明,在单轴压缩试验下,完整岩样声发射参数特征与岩石强度密切相关,花岗岩破坏所释放的累积AE能量明显大于白砂岩和大理岩;现场岩样各声发射参数最大值则与岩石强度关联性不大。完整岩样和现场岩样的动态b值基本分布范围在1~4之间,且整体呈先上升中间波动随后回落的变化规律。岩石加载整个过程中的声发射特征与岩石均质程度和节理发育情况密切相关。     

水岩作用下裂隙岩体变形特性试验研究

为了解水岩作用对完整岩体及损伤裂隙岩体变形特性的影响,在一定应力状态下将岩样预压损伤后,分别在0 MPa、0.4 MPa、0.8 MPa的水压力缸中密封浸泡30 d再进行重复加载破坏试验。试验结果表明:经预压破坏后,未浸水的裂隙岩样在不同围压下再次加载至完全破坏时,极限应变变化幅度较小,低于7%,弹性模量降低12%~23%,变形模量降低3%~5%,极限应变、模量变化与围压之间没有明显关系;压力水浸泡对岩体软化作用明显,经预压破坏含有裂隙的岩体,浸泡后再次加载时,极限应变增加0%~37%,弹性模量降低28%~61%,变形模量降低32%~57%。相同围压下,含预压裂隙岩样在浸泡后的强度相比完整岩样未浸水时有较大幅度的下降。比较不同水压浸泡后裂隙岩样,随着浸泡水压的增大,岩样强度降低程度越大;随着围压的增大,岩样强度随水压增大降低的程度逐渐减小。含预压裂隙岩样若不考虑压力水浸泡作用,第二次加载强度与第一次加载相比亦有所降低,围压越大,降低程度越小,裂纹对岩体强度的影响越小。与"完整"岩体相比,裂隙岩体对水软化作用更加敏感,长期浸泡后岩体力学性质弱化明显,更易产生不稳定问题。     

水-岩作用下砂岩声发射与红外辐射耦合研究

为探究水-岩作用下的砂岩破裂变形机制,开展天然与饱水砂岩单轴压缩声发射实验与红外辐射观测实验,通过对各变形阶段的轴向应力、声发射能率、分形维数以及红外辐射频数直方图与偏度共同分析了水对砂岩力学性质、声发射以及红外辐射变化的影响.研究结果表明:水对岩石的抗压强度、承载能力等力学性质有明显弱化作用;水抑制了岩石的声发射活动...     

三点弯曲试验条件下的岩石声发射演化特征

开展16个辉绿岩试样在三点弯曲加载条件下的声发射试验,得到含有不同切口位置的应力-应变曲线、断裂模式与声发射特征参数,研究在不同拉-剪应力条件下的岩石声发射特性,基于归一化方法研究试样损伤演化规律,运用分形分析方法计算声发射信号的关联维数D,研究不同拉伸与剪切共同作用下试样的分形前兆特征。结果表明:三点弯曲条件下,试样以微破裂为主,发生张拉脆性断裂。随着预制裂纹距离左端支撑距离d的增加,岩石抗弯强度降低,断裂能耗逐渐降低。由声发射参数表征的脆性岩石损伤前兆特征显现时间先后顺序为:事件率前兆时间振铃计数前兆时间能量计数前兆时间。随着试样弯曲应力增加,关联维数变化模式呈"降-升-降"的变化规律,与单轴压缩的"波动-持续下降"具有明显不同。关联维数的二次降低预示岩石最终失稳破裂即将发生,可以作为岩石失稳的前兆信息。