单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行单抽加卸载试验,得到岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并从能量与声发射的角度研究纯岩盐变形破坏过程的基本特征。研究表明:岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个试验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个试验过程中,弹性应变能所占比例非常小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率大量产生,后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。     

单轴压缩下含杂质盐岩的声发射特征试验研究

针对中国能源地下储库盐岩高杂质的问题,基于水不溶物含量及类型将取自某拟建储库的盐岩试样加工后分为纯盐岩组(纯盐岩)、含泥岩杂质盐岩组(泥质盐岩和盐质泥岩)、含钙芒硝岩杂质盐岩组(钙芒硝质盐岩和钙芒硝岩);开展单轴压缩破坏全过程的声发射测试试验。通过试验研究,得到以下结果:泥岩杂质和钙芒硝岩杂质均能提高盐岩的抗压强度,减小其变形能力,钙芒硝岩杂质使得盐岩屈服阶段大幅度减小;随着泥岩杂质含量的增加,振铃计数率活跃区会后移,能量率大值集中区向后推移,累计振铃计数曲线和累计能量曲线呈现由上凸到下凹的变化过程;随着钙芒硝岩杂质的增加,振铃计数率最大值出现时间向后推移,整个试验过程中振铃计数率和能量率相对不稳定,累计能量-应变曲线台阶状增长更明显。     

单轴压缩下含杂质盐岩的声发射特征试验研究（岩土会议）

针对中国能源地下储库盐岩高杂质的问题,基于水不溶物含量及类型将取自某拟建储库的盐岩试样加工后分为纯盐岩组（纯盐岩）、含泥岩杂质盐岩组（泥质盐岩和盐质泥岩）、含钙芒硝岩杂质盐岩组（钙芒硝质盐岩和钙芒硝岩）,然后开展了单轴压缩破坏全过程的声发射测试试验。通过试验研究,得到了以下结果：（1）泥岩杂质和钙芒硝岩杂质均能提高盐岩的抗压强度,减小其变形能力,钙芒硝岩杂质使得盐岩屈服阶段大幅度减小;（2）随着泥岩杂质含量的增加,振铃计数率活跃区会后移,能量率大值集中区向后推移,累计振铃计数曲线和累计能量曲线呈现出由上凸到下凹的变化过程;（3）随着钙芒硝岩杂质的增加,振铃计数率最大值出现时间是向后推移的,整个试验过程中振铃计数率和能量率相对不稳定,累计能量-应变曲线台阶状增长更明显。     

循环加卸载下花岗岩破裂过程及能量演化研究

使用MTS815实验机对北山花岗岩进行了循环加卸载实验.基于实验结果,探讨了循环加卸载条件下北山花岗岩声发射特征,研究了北山花岗岩破裂过程中能量演化特征.结果表明:1)峰值应力前循环,卸载阶段弹性模量略大于加载阶段弹性模量.2)根据声发射变化特征可以很好地判定岩石所处的应力状态和损伤程度,并在一定程度上证明了岩石材料的Kaiser效应.3)峰值应力前,能量演化主要表现为以弹性能为主的聚集和释放;在峰值应力时耗散能迅速增多导致岩石内部结构发生根本性的变化,耗散能在峰后阶段所占比重持续增加导致岩石进入加速破坏阶段.4)峰值应力前,围压对弹性能和耗散能的影响很小;但弹性储能极限和岩石破坏所需的耗散能随围压的升高线性增大.     

三轴应力下盐岩声发射特征研究（研究生论坛稿件）

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统和PCI–2声发射(AE)三维定位实时监测系统,开展不同围压下盐岩的三轴压缩声发射定位试验,探讨盐岩轴向加载过程中声发射特征的围压效应。研究结果表明：盐岩AE定位点多少与振铃计数率大小、能率高低具有良好的一致性。声发射高计数、高能率、定位点集聚段等随围压增加而滞后。低围压下,盐岩发生剪切破坏,高计数、高能率、AE定位点集聚段主要出现在屈服阶段和峰值应力前阶段;高围压下,盐岩呈塑性大变形特征,高计数、高能率、AE定位点集聚段主要在峰值阶段及峰后阶段出现。围压增加,累计计数和定位点的总量呈减少趋势;最大能率和累计能量随围压增加而减小,5MPa约分别为30MPa的43倍和22倍。     

含瓦斯原煤三轴压缩变形时的能量演化分析

为了探究含瓦斯煤变形破坏过程中的能量演化规律,理论推导了恒定围压下含瓦斯煤样压缩变形时的能量计算公式.针对平顶山矿区八矿己15-14120工作面瓦斯突出煤体进行了4组不同瓦斯压力下的压缩破坏试验,得到了能量输入密度、弹性能密度和耗散能密度的演化规律.结果表明:1)含瓦斯煤三轴压缩变形破坏过程中,轴压方向能量吸收,围压方向能量释放,瓦斯压力做功与体应变有关.2)煤样达到峰值之前,能量输入密度、弹性能储存密度、能量耗散密度都随着轴向应力的增大而增大,吸收能密度最快,弹性能密度次之,耗散能密度增加缓慢;峰值过后,能量输入密度继续上升,弹性能密度下降,耗散能密度激增.3)基于声发射的能量释放规律与应力-应变曲线有很好的对应,瓦斯压力越大,相对于轴向应变的能量耗散来期越早,同时耗散速率也越快.4)随着瓦斯压力的提高,煤体变形声发射信号初始点、体积膨胀点、峰值应力点处的吸收能密度、弹性能密度降低,耗散能密度增大.     

单轴压缩荷载下含黏结面花岗岩能量演化研究

为探究能量演化在含黏结面不完整岩石受载过程中的规律,选取带有矿物质黏结斜面的花岗岩进行单轴循环加卸载压缩试验,同时在试验过程中进行声发射检测.得到以下结论:"有效能比"(累积弹性能/输入岩石的总能)可以作为岩石储能水平的表征,也可间接反映岩石内部结构随应力状态的改变;从整个加载过程来看,黏结面部位破坏的声发射释能短促、强烈,峰值强度时声发射持续时间较长,但声发射释能率相比黏结面破坏时较低;应力水平较低时,卸载过程中一般不会有声发射现象或声发射现象基本可以忽略,但当应力水平达到一定值时,即花岗岩积聚的弹性能超过了黏结面部位破坏的耗散能时,花岗岩在卸载时会发生短促、强烈的脆性破坏;由于声发射能量属于耗散能的一部分,定义"声发射检测效率"(声发射累积能量/累积耗散能),对于本次试验对象而言,"声发射检测效率"在压密阶段降低,弹性阶段升高,黏结面局部破坏时达到峰值,之后直至峰值强度该值呈现持续降低趋势;从能量角度分析,卸载破裂所对应的应力水平低于加载强度,但不应低于与峰值强度时耗散能大小相等的弹性能所对应的应力水平.     

盐岩破坏中能量特征应变率效应颗粒流分析

为研究不同应变速率下盐岩损伤中的能量特征,结合室内单轴压缩试验和颗粒流程序(PFC-2D)进行不同应变率下盐岩模型模拟试验,分析盐岩模型的峰值强度,并运用岩石能量耗散理论分析不同应变速率下盐岩模型峰值强度处能量特征和单轴压缩过程中能量特征变化。结果表明:盐岩模型峰值强度随应变速率增加而增大;盐岩模型峰值强度处对应的总输入能量、可释放弹性应变能和耗散应变能均随应变速率的增加而增加;不同应变率下盐岩模型在相同压缩阶段能量特征变化基本相同,能量随轴向应变整体变化趋势受应变速率的影响较小;同一应变率下不同压缩阶段能量特征变化趋势不同,弹性阶段大部分外力功转化成可释放应变能;塑性阶段耗散应变能快速大幅增加;在破坏阶段耗散应变能持续增加,但弹性应变能出现降低。     

三轴应力下盐岩声发射特征研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统和PCI-2声发射(AE)3维定位实时监测系统,开展不同围压下盐岩的三轴压缩声发射定位试验,探讨盐岩轴向加载过程中声发射特征的围压效应。结果表明:盐岩AE定位点多少与振铃计数率大小、能率高低具有良好的一致性。声发射高计数、高能率、定位点集聚段等随围压增加而滞后。低围压下,盐岩发生剪切破坏,高计数、高能率、AE定位点集聚段主要出现在屈服阶段和峰值应力前阶段;高围压下,盐岩呈塑性大变形特征,高计数、高能率、AE定位点集聚段主要在峰值及峰后阶段出现。围压增加,累计计数和定位点的总量呈减少趋势;最大能率和累计能量随围压增加而减小,围压为5 MPa时分别约为30 MPa时的43倍和22倍。     

高温后岩石变形破坏过程的能量分析

从非平衡热力学角度出发,结合岩石在不同高温作用后的单轴压缩和声发射试验,详细阐述了岩石变形破坏过程中的声发射特点,分析了经历不同高温后岩石强度与能量耗散和能量释放之间的关系。研究结果表明高温作用后花岗岩声发射曲线大致经历了以下6个阶段:初始沉寂段、上升段、前峰值段、高幅持续段、后峰值段、后期沉寂段。声发射曲线较好地反映了岩石在整个破坏过程中由稳定态向亚稳定态、临界态、失稳破坏直至新的稳定态的发展过程。岩石峰值强度与耗散能呈反比关系,与弹性能呈正比关系,能量耗散使材料发生劣化,强度降低。声发射能率与弹性能呈正比关系,与耗散能呈反比关系,弹性能突然释放引起岩石的失稳破坏。岩石的破坏是能量耗散与能量释放共同作用的结果。研究结果有助于研究高温后受外载岩石微缺陷的演化并最终破裂的过程,对高温后岩体工程起到一定的参考作用。     

盐岩损伤测试中卸载模量研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,对盐岩和大理岩进行了单轴压缩下的7级加卸载试验和低周循环加卸载试验测试,对盐岩和大理岩的卸载模量进行了探讨。低周循环试验加载波形采用正弦波,频率1Hz,循环应力幅值小于其平均抗压强度,单级应力幅值为30个振动循环。通过试验,得到了盐岩应力应变滞回环均为条带状,大理岩则均为尖叶状;盐岩在加卸载部位具有较大不可逆变形,对应弹性响应较慢,大理岩则反之;盐岩卸载模量变化趋势受加载测试方法影响较大,而大理岩在2种试验条件下得到的卸载模量变化趋势相似;加载应力幅值比加卸载循环数对盐岩不可逆变形增量影响更加显著。损伤变量研究结果表明,利用低周循环加卸载方法测试具有显著时间效应变形岩石的损伤弹性模量,能更真实反映其损伤特征。     

卸围压条件下砂岩变形破坏特性试验研究

从可释放弹性应变能角度对岩石卸围压条件下破坏特性进行研究,利用MTS815电液压伺服可控制刚性试验机进行保持轴向变形不变的卸围压试验,根据卸围压试验数据,分析了该砂岩卸围压过程中变形、强度、弹性模量及能量变化特征。结果表明:随着围压逐渐降低,岩样发生侧向不断扩容;轴向应力逐渐降低,呈现出非线性特征;弹性模量在初始阶段几乎不变化,越过破坏点之后大幅降低;可释放的弹性应变能在初始阶段增大比较缓慢,当围压降低至一定程度时急剧增大;推导出基于可释放弹性应变能的卸荷岩石的整体破坏准则Ue0。     

损伤石灰岩单轴再加载力学特性及破坏机理

为研究卸荷损伤破坏围岩力学特性及破坏机理,选用RMT-150岩石力学试验系统进行三轴岩石加载-卸载过程,制备损伤岩石。结合AEwin声发射系统开展损伤石灰岩单轴再加载试验,测试应力-时间-能量累计值关系曲线,分析阐述岩石宏观破坏特征。结果表明:随着卸荷点的增加,损伤石灰岩破坏程度与破坏形式均发生较明显的变化。石灰岩破坏形式从脆性破坏向延性破坏转化,扩容现象越来越不明显;低于70%峰值强度卸荷点的损伤岩石单轴加载过程中声发射能量累计值增长规律趋于一致,可分为平稳阶段、稳定增长阶段、二次平稳3个阶段;岩石内部微裂纹分布方式对宏观破坏特征影响明显,岩石细观力学响应决定其宏观力学破坏特征。     

弯曲加卸载下杂质盐岩断裂力学行为特征研究

为研究弯曲荷载下杂质盐岩断裂力学行为及损伤演化规律,利用四川大学MTS815岩石力学测试设备及三维声发射监测系统,展开了纯盐岩、含杂卤石盐岩及杂质盐岩三点弯曲加卸载试验。试验结果表明：(1)杂卤石及泥质胶结提升了盐岩的韧性,纯盐岩的断裂韧度均值KIC=6.36MPa.mm^-0.5,杂卤石盐岩的断裂韧度较纯盐岩高43.08%,杂质盐岩的断裂韧度为纯盐岩的3.18倍;(2)杂质导致盐岩脆性提高,纯盐岩声发射事件覆盖区域大于杂卤石盐岩及杂质盐岩;三点弯曲加卸载下岩石内部声发射事件由切槽尖端逐渐向荷载点扩散,直至岩石完全断裂;(3)盐岩损伤程度随循环次数增长逐渐提高,但增长速度逐渐降低,损伤变量与切槽张开度符合指数函数关系,损伤变量-张开度曲线拐点对于研究岩石失稳倾向性具有一定的预测效果;(4)声发射参数rc值能够反映盐岩弯曲加卸载破坏全过程中主裂纹与微裂纹的发展趋势,峰后残余阶段纯盐岩及杂卤石盐岩rc曲线持续上升,微裂隙稳定发展;杂质盐岩表现出更强的脆性,其在峰后残余阶段rc曲线表现出与纯盐岩及杂卤石盐岩相反的变化趋势。     

三轴卸荷条件下煤体力学特性和能量耗散演化

孤岛工作面煤体和巷道受周边开采扰动影响,煤体受循环荷载作用存在卸荷力学行为而表现出动态破坏特性.为探讨不同路径下煤体力学特性,利用TAW-2000三轴电液伺服刚性试验机分别进行常规三轴(T)、三轴循环荷载(TC)以及相应卸围压试验(TU、TCU),分析不同围压下煤体卸围压强度、变形、声发射事件以及能量耗散演化特征,开展...     

灰岩单轴抗压特性的浸水效应研究

为了考察软岩浸水后软化行为对单轴抗压特性的影响,取河南陈四楼煤矿二1煤底板太原组灰岩为试验材料,在三种不同的加载速率下,对不同浸水时间下试样进行单轴压缩试验,得到关于灰岩抗压特性的浸水效应。试验结果表明:在一定的加载速率下,随浸水时间增加,抗压强度和弹性模量逐渐减小,且降低幅度越来越小;随浸水时间增加,试样逐渐由弹性变形转变为塑性变形,但极限应变基本不变;试样内部不可逆的损伤破坏加剧,总应变能和弹性能与浸水时间呈指数关系,耗散能随浸水时间的变化可以用线性关系拟合。     

Influence of temperature on the transformation and self-control of energy during sandstone damage:Experimental and theoretical researchOA

The surrounding rock in tunnelling engineering and coal mining will sometimes be exposed to high temperature. Rock failure is the result of energy dissipation, and the study of the evolution and transformation behavior of energy is of great significance for the in-depth understanding of the deformation and failure of rock after high temperature. This study analyzed the intrinsic connection between mechanical properties and acoustic emission(AE) energy under temperature effect. Based on the energ...     

硬岩脆性指标与弹性应变能关系初探

为探讨硬岩脆性指标与弹性应变能之间的关系,采用侧向应变差法确定起裂应力,以岩石起裂应力和峰值强度为桥梁,基于断裂力学理论和能量理论解释了脆性指标与弹性应变能内在的联系,并从两种岩石单轴压缩试验中构建了脆性指标与弹性应变能之间的函数关系.结果表明:脆性指标B_(13)、B_(14)与起裂弹性应变能(单变量)符合幂函数关系,脆性指标B_(15)、B_(16)与起裂弹性应变能(单变量)符合幂函数或线性函数关系,脆性指标B_(13)、B_(14)、B_(15)和B_(16)与峰值弹性应变能(单变量)之间无明显函数关系;新定义的脆性指标可由起裂和峰值弹性应变能(双变量)获得,或由起裂弹性应变能(单变量)获得,脆性指标与峰值弹性应变能关系式的构建,对于研究岩爆倾向性具有重要意义;根据新定义的脆性指标,利用两种岩石算例验证表明,采用起裂弹性应变能的岩石脆性指标计算方法具有一定的可靠性.通过这一研究,为岩石脆性指标与起裂弹性应变能关系的确定提供了一种新方法.     

A new criterion of coal burst proneness based on the residual elastic energy index

To evaluate the coal burst proneness more precisely, a new energy criterion namely the residual elastic energy index was proposed. This study begins by performing the single-cyclic loading-unloading uniaxial compression tests with five pre-peak unloading stress levels to explore the energy storage characteristics of coal. Five types of coals from different mines were tested, and the instantaneous destruction process of the coal specimens under compression loading was recorded using a high speed camera. The results showed a linear relationship between the elastic strain energy density and input energy density, which confirms the linear energy storage law of coal. Based on this linear energy storage law, the peak elastic strain energy density of each coal specimen was obtained precisely. Subsequently, a new energy criterion of coal burst proneness was established, which was called the residual elastic energy index(defined as the difference between the peak elastic strain energy density and post peak failure energy density).Considering the destruction process and actual failure characteristics of coal specimens, the accuracy of evaluating coal burst proneness based on the residual elastic energy index was examined. The results indicated that the residual elastic energy index enables reliable and precise evaluations of the coal burst proneness.