煤样巴西劈裂试验中声发射特性的细观模拟

根据矩张量理论构建了细观尺度上巴西劈裂试验声发射的细观模拟方法.通过试验和计算结果的对比分析,验证了该方法的合理性.该方法可同时给出声发射事件发生的时间、空间、破裂强度等特征,再现试样破裂空间演化规律.研究发现:在达到峰值抗拉强度之前,声发射事件比率和破裂强度较低;在峰值和残余抗拉强度之间,声发射事件比率和破裂强度均较高.声发射事件比率随破裂强度变化近似呈极值分布;在均值至最大破裂强度之间,声发射事件累积比率随破裂强度的降低近似呈指数函数增加.每次声发射事件所包含的微破裂数,随破裂强度的提高而增加,近似呈指数函数关系;声发射事件比率与微破裂数近似呈负指数函数关系.      

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。     

张拉作用下岩石破裂的声发射特性及P波初动极性

为深入探讨岩石在张拉作用下破裂的声发射特性,设计了一种膨胀剂扩张破裂的声发射实验,详细分析了花岗岩、大理岩和红砂岩声发射信号的特征参数及P波初动极性。实验结果表明:声发射信号的累积计数和能量在三种岩石试样宏观开裂时均呈指数增长;花岗岩、大理岩和红纱岩试样声发射信号的中心频率分别主要集中在100 ~ 300 kHz、200 ~ 400 kHz、200 ~ 500 kHz;花岗岩低频率事件占比最多,大理岩高频率事件占比较多,而红砂岩高频事件占比最多, 三种岩样膨胀力荷载后期低中心频率声发射信号增多,说明大尺度破裂增加;三种岩样声发射信号的RA主要集中在0~1.9之间,大理岩和红砂岩AF值主要集中在50 ~ 100 kHz之间,花岗岩AF值主要集中在200 ~ 250 kHz之间,RA?AF的分布特性表明,实验中岩样主要以张拉破坏为主;通过P波初动极性分析法,获得各岩样声发射信号的初动极性,结果显示,花岗岩、大理岩和红砂岩分别有77.82%、79.5%和87.42%的T-型破裂源,花岗岩、大理岩几乎不产生S-型破裂源,而红砂岩因为天然节理裂隙较多,有9.93%的S-型破裂源。RA?AF分布分析和p波初动极性分析都是统计分析法,可以定性描述岩石破裂类型。      

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。     

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.      

基于改进VMD和GA-BP神经网络的砂岩破裂过程预测方法

为提取有效的砂岩破裂声发射信号特征, 提高砂岩破裂过程预测精度, 提出一种基于改进变分模式分解算法(VMD)和GA-BP神经网络的预测方法。首先, 开展单轴压缩实验进行砂岩破裂试验, 并采集破裂过程的声发射信号; 其次, 为取得有效声发射信号, 从中提取出有效特征参数进行预测, 引入相关系数改进VMD算法并对原始声发射信号进行预处理, 提取信号能量特征参数作为模型的输入以便区分破裂过程; 最后构建GA-BP预测模型, 通过遗传算法(GA)优化BP神经网络的权值和阈值, 将信号能量作为样本用于预测模型的训练。结果表明, 通过引入相关系数可有效解决VMD算法中K值难以选取的问题, 对采集到的声发射信号进行有效去噪; 此外, 经GA算法改进后的BP神经网络预测模型能够准确预测破裂状态, 相较于改进前传统的BP神经网络模型稳定性更高, 收敛能力更好, 预测准确率提高17.5%。      

不同岩石单轴压缩破裂全过程声发射序列分形特征研究

通过对青砂岩和花岗岩两种岩性岩石的单轴压缩声发射试验,获取岩石破裂全过程的基本力学特征及声发射时域特征参数,观察两种岩石破裂时的破坏情况,着重对比了两种岩石的声发射事件率及能率时域特征,并探讨了声发射事件率及能率的分形特征。试验结果表明:声发射事件率及能率均可很好地描述岩石破裂损伤的整个过程,青砂岩事件率变化特征有明显的"上升期"和"下降期",花岗岩则无明显变化特征,两种岩石能率变化特征均存在两个"活跃期(Ⅰ,Ⅱ)"和一个"缓慢释放期";青砂岩事件率分形特征与花岗岩差异明显,相比较花岗岩而言,青砂岩分形维数D值存在多处转折点;能率分形特征,两种岩石较为相似,分形维数D值均表现为随着加载应力比的增大而波动增加,在试样破裂前又突降至最低值。     

矿山中不同含水砂岩破坏过程研究

通过对不同含水状态砂岩进行单轴加载声发射实验,主要仪器为TAW-3000伺服岩石试验机和PCI–2型声发射测试系统,分析水对砂岩失稳破裂过程中相位谱的影响。结果表明:砂岩破裂可以分为四个阶段,在整个声发射过程主要产生两种相位谱,A类相位(混合相位)与B类相位(完全非线性相位),并且B类相位谱在砂岩破裂的四个过程中出现的比例呈现增大趋势。在同一阶段中含水砂岩的B类相位谱比自然状态砂岩的B类相位谱高。     

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.     

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.     

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RA与AF值的声发射指标在隧道监测中的可行性

基于华蓥山隧道掘进爆破过程中的声发射监测结果,对比了上升时间/振幅比值(RA)与平均频率(AF)在不同传播距离下的分布规律,结果表明,随传感器与震源间距离增加,RA最大值增加,AF的分布范围基本不变。为验证基于RA与AF值描述岩体破裂情况的有效性,研究了RA/AF比值r在破裂过程中的变化规律以及r的变异系数的发展规律,并与常用的参数指标绝对能量、b值等参数进行对比验证。本文提出了3种变异系数（CV）计算方法,对比计算结果并探讨了各方法的适用条件。由计算结果可知,r值变异系数能够较好地描述岩体中的破裂发展过程,其中CV₁计算方法适用于声发射信号较离散的情况,而CV₃的计算方法更适用于存在连续声发射信号的围岩监测。      

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。      

智能声波监测设备在生产中的应用与研究

岩石的破坏伴随着声发射，通过声发射可以反映岩石的受力状态以及岩石的结构，通过声发射Kaiser效应可以测量地层中的应力，研究岩石的性质。利用声发射仪器对岩石的破坏过程进行监测，收集有用的信息，从而应用于矿山采场顶板安全分级、冒顶预报与地压的综合分析，以及岩体工程稳定性分析和声发射测试等方面。红透山铜矿通过对DYF-2型智能声波监测多用仪在生产实际中的使用，取得了一定的成绩。     

深埋隧道白云岩试样岩爆模拟实验研究

基于深埋隧道开挖工程的高应力条件及构造应力发育特征,利用深部岩爆实验系统,模拟了两种构造应力条件下白云岩的岩爆过程:三向应力作用下板状试件瞬间卸载一个方向应力,保持其他两向应力不变或保持其中一向应力,增加另一向应力.实验获得了应力-时间、应力-应变、声发射特征及岩爆破坏规律.研究表明:本工程区内构造应力引发白云岩岩爆的可能性较大,岩爆临界深度为290m.竖向构造应力引发的岩爆表现为局部片状崩落,从卸载后发生时间看属于滞后岩爆;水平构造应力引发的岩爆强度更高,表现为块状弹射后整体破碎,属于瞬时岩爆.声发射峰值均出现在岩石裂隙发育段,而密集度最高值对应岩石破裂段.声发射峰值处的最大主应力约为岩石破裂时最大主应力的77.4%.     

声发射技术在压力容器无损检验中的应用

声发射技术是一项用在压力容器无损检验中的新技术。本文介绍了声发射现象和定义,声发射技术的发展历史及现状,声发射技术的特点及其物理原理,声发射源及其传播,声发射检测,声发射两效应,金属材料的声发射特征和影响材料声发射特性因素,使读者对声发射技术有个概括的了解。在此基础上,作者列举了4个用声发射技术检验,压力容器的实例,说明应用该技术取得的经济效益和社会效益。     

B/Al复合材料变形和断裂过程声发射特性

运用声发射线定位，多参数分析技术及细胞损伤证方法，研究了Ｂ／Ａｌ复合材料试样的变形和断裂过程，表征了损伤类型，阶段，恒载声发射，费利西蒂楷等关键声发射特性。     

利用人工神经网络模型进行脆性材料临界断裂的声发射预报

根据脆性材料声发射过程的基本属性，建立了用于脆性材料临界断裂声发射识别的多层前馈反向传播神经网络模型     

岩体声发射智能监测仪的研制

分析了研制岩体声发射智能监测仪的整体要求，对其技术难点提出解决途径，并研制开发出高智能化和自动化的岩体声发射智能监测仪。     

金川公司龙首矿LSK—3型矿用火箭弹的创造发明与工业应用

ＬＳＫ－３火箭弹用于地下矿山溜井堵结构的处理，其原理是把矿山常用爆破材料制成发射爆破器材，能在断面小，深度大的溜井中发射到堵结处进行爆炸轰击疏通。ＬＳＫ－３火箭弹加工运输使用绝对安全，其整个过程除点火升空处于激发态，其余过程均为安全态，目前已形成钢塑结合的一级和两级发射的系列产品。