基于三轴压缩声发射试验的岩石损伤特征研究

 利用MTS815岩石伺服试验系统和AE21C声发射监测仪,对灰岩进行三轴压缩声发射试验,利用声发射参数,分析三轴压缩条件下岩石的损伤演化特征。试验结果表明：(1) 相同试验条件下,检波器置于三轴室内时的声发射振铃计数和能量的最大值分别比置于室外时高27%和32%,表明,声发射检波器置于三轴室内能够接收到更全面、真实的声发射信号。(2) 围压使岩石压密阶段声发射活动降低,同时声发射振铃计数最大值稍滞后于岩样宏观破坏时间,说明围压提高了岩石的剪切强度和峰后承载能力。(3) 建立基于声发射累计振铃计数的岩石三轴压缩损伤演化模型,岩石的损伤演化过程可划分为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段、损伤加速发展阶段和损伤破坏阶段。初始损伤阶段,声发射参数较小;损伤稳定发展阶段,声发射活动明显活跃,振铃计数和能量逐渐增加;损伤加速发展阶段,声发射活动异常活跃,宏观破坏后不久声发射振铃计数和能量达到峰值;损伤破坏阶段,岩石仍具有相当的承载能力,在破坏过程中仍有声发射活动出现。     

珊瑚砂微生物固化体单轴损伤本构模型

利用MICP技术固化南海某岛礁吹填珊瑚砂,对固化体试样进行了单轴抗压强度试验,基于损伤力学理论建立了单轴压缩条件下的固化体损伤本构模型。结果表明:利用MICP技术得到的珊瑚砂微生物固化体无侧限抗压强度均大于5 MPa,固化体单轴受压应力-应变曲线可大致分为压密阶段、弹性阶段、塑性阶段与破坏软化阶段。基于连续介质损伤力学理论,假定固化体微元强度服从双参数的Weibull分布,考虑应力-应变曲线特征进行参数简化后建立了单轴压缩条件下的损伤本构模型;模型采用经验拟合方程与损伤本构方程结合的分段函数形式,用试验资料初步验证了模型的合理性。     

砂掺量对珊瑚砂微生物固化效果的影响

对不同标准砂掺量的珊瑚砂进行微生物固化,通过对固化体的渗透特性、无侧限抗压强度、应力-应变曲线特征、抗拉强度和微观结构等方面的分析,研究砂掺量对珊瑚砂微生物固化效果的影响。试验结果表明:在相同条件下,不同砂掺量的珊瑚砂均可经微生物固化反应形成一个整体;随固化用砂中标准砂掺量的增多,试样的初始渗透性增大,固化周期变长;不同砂掺量试样的无侧限抗压强度应力-应变曲线均呈现为三段:压密阶段、塑性变形阶段和破坏阶段;微生物固化反应生成物对珊瑚砂包裹效果好,连接致密,排列规则,而对标准砂包裹效果差,排列松散;按这一规律适当比例混合珊瑚砂和标准砂可以改善固化体力学性能。试验中砂掺量为33.3%时抗拉强度达到最高;砂掺量为66.7%时无侧限抗压强度达到最高;砂掺量为50%时,试样的力学性能较差。     

二长花岗岩三轴压缩下声发射特征围压效应的试验研究

 岩石材料在受载情况下,发生变形和内部破裂,储存的部分能量以应力波的形式释放出来,产生声发射现象。采用三轴压缩试验和声发射试验,研究玲珑金矿二长花岗岩声发射特征与力学参数之间的关系。结果表明：(1) 岩石试样在三轴试验条件下,其声发射特征基本符合岩石加载破坏过程中的4个阶段,其中压密阶段在围压对岩石材料的压实作用下没有明显体现出来。(2) 通过分析围压对岩石记忆效应的影响得出,在相对低围压水平时,Kaiser效应显著性会随轴向应力水平提高而降低,Felicity效应显著增大;随着围压水平的提高,Kaiser效应显著增大,Felicity效应显著降低。(3) 在声发射法测量地应力过程中采用三轴试验更为适合,三轴试验可消除应力环境不同和高应力水平Kaiser效应模糊所引起的误差,使测量值更接近实际岩体所处的应力状态。(4) 随着围压水平的提高,岩石的抗压强度随之提高,岩石破裂前夕声发射特征参数呈现突发性特征,表现为突然激发出高能量振铃计数率、能量累积迅猛增加,并且伴随没有峰后曲线的岩石突然破裂现象。     

珊瑚砂浆单轴压缩试验研究

珊瑚砂及由其拌制的混凝土材料在岛礁建设中具有重要的工程意义。为研究珊瑚砂浆的单轴抗压强度,使用珊瑚砂和普通河砂以相同配合比制作了两组砂浆试件,然后利用MTS试验机进行3种不同加载速度下的对比试验,并对试验过程中端面不平的试件进行分析。结果表明,珊瑚砂浆的承载能力随着加载速度的增加而有所提高,但是以常规C30混凝土配合比制作的珊瑚砂浆试件的承载能力远低于同样配合比的普通砂浆,应当对珊瑚砂拌制的混凝土材料的配合比及制作工艺进行优化改进。     

水泥固化滨海风积砂三轴试验研究

为了研究水泥对滨海风积砂的固化作用,设计了一系列三轴试验,分析了在高含水量状态下有效围压、水泥剂量和龄期对风积砂应力—应变曲线和孔压曲线发展规律的影响。结果表明:纯砂样的偏应力峰值和初始有效围压的拟合关系近似呈线性关系;在CD试验中,随着水泥剂量的增大,试样偏应力峰值明显增强,但低水泥剂量(2%)下偏应力峰值反而比纯砂样低;在CU试验中,由于水泥阻碍了孔压的消散,使得试样强度反而比砂样的略为降低;胶结样峰值强度与水泥剂量的拟合关系近似呈二次项关系;和7天相比,龄期28天对强度的贡献不大。试验结论对研究滨海地区风积砂路用性能具有实用价值。     

三轴剪切下珊瑚砂颗粒破碎规律及强度特征

珊瑚砂广泛分布于我国南海岛礁,其性质与普通砂有明显的差异,主要体现在颗粒具有显著的破碎特征。为进一步研究珊瑚砂的破碎特征和破碎对其强度特征的影响规律,本研究通过控制相对密实度、含水率和围压等多种初始条件展开三轴固结排水(CD)的剪切试验。结果表明:珊瑚砂颗粒破碎会根据相对密实度以及围压的逐渐增大而增大,随着含水率的增大而先增大后减小,但是随围压的增大,颗粒的破碎不会无限制增大,当到达一定程度时会逐渐趋于停止;在相对密实度保持一定时,珊瑚砂的内摩擦角会依据含水率的增大而先增大后减小。珊瑚砂大颗粒破碎形成小颗粒并嵌固在孔隙中,大小颗粒之间的相互作用及级配趋于良好,颗粒的破碎一定程度上增大了珊瑚砂的强度。此试验成果可以为岛礁珊瑚砂工程建设提供参数依据,为深入研究珊瑚砂颗粒破碎的理论提供借鉴。     

珊瑚砂地层三轴搅拌桩止水帷幕波速特征研究

珊瑚砂地层因其形成环境特殊,工程性质复杂,易造成三轴搅拌桩施工缺陷。针对珊瑚砂地层中三轴搅拌桩止水体的加固效果问题,以沿海某大型深基坑止水帷幕工程为例,结合波速测试原理,采用钻孔声波测试和岩芯波速测试相结合的方法,研究了三轴搅拌桩止水体的波速特征,对此类复杂地层中工程施工质量进行评价。研究结果表明,珊瑚砂地层三轴搅拌桩止水体波速特征与渗透性、强度和完整性存在有效联系;波速特征表明,珊瑚砂地层作为岩土力学性能较差的薄弱层位,此处桩身局部存在波速偏低的部位,止水体在珊瑚砂层部位局部存在渗漏风险,且强度和完整性较差,实际工程中应采取必要的注浆补强措施,确保工程质量达到使用要求。     

石灰岩在单轴压缩条件下的声发射特性

为研究岩石受压及破坏失稳过程中的声发射特性，作者利用改进的岩石声发射参数动态测试系统，对广西某矿石灰岩作了岩石的单轴压缩试验，检测了岩样从加载直至破坏过程中的声发射活动，表明内部微裂纹的形成与原有裂纹的扩展是岩石加载过程中声发射活动的主要原因。     

二长花岗岩三轴加卸载过程中声发射特征分析

为认识二长花岗岩在不同受载路径条件下破坏过程中声发射特征,通过三轴循环加卸载压缩试验和声发射试验,分析了玲珑金矿二长花岗破坏过程应力应变曲线和声发射特征参数的关系,结果表明:(1)在花岗岩的循环加卸载过程中,声发射信号主要出现在加载期的超过前一循环最大值的阶段和卸载过程的初期,弹性加载和卸载阶段后期基本无声发射现象;(2)岩石声发射活动与岩石变形破坏过程以及能量释放特征规律密切相关,在对二长花岗岩的加卸载试验的过程中,随着加卸载的进行,存在着声发射活动的活跃期和相对平静期;(3)主破裂阶段及峰后相对应力较高的时期所释放的能量要远高于卸荷阶段的初期、塑性变形的中后期这两个活跃期释放的能量,该阶段绝大部分的弹性应变能释放出来;(4)在岩石试样初期的循环加卸载过程中,岩石内部塑性破坏程度较低,Kaiser效应显著,后期的循环加卸载过程中即塑性阶段的中后期,Felicity效应显著;(5)岩石进入塑性变形的中后期,微破裂发展至破坏阶段,裂纹大量扩展、贯穿,形成宏观裂缝,弹性应变能大量释放,AE信号强烈,当达到塑性中后期的标志点时,岩石试件即到了主破裂的前夕。     

单轴压缩煤岩变形损伤及声发射特性研究

煤岩是一种具有内部结构的非均匀介质,在外裁荷作用下,煤岩内部微缺陷的成核、扩展以及相互之间的作用决定了煤岩的宏观变形、破裂特性.为了更好地了解受载煤岩体的变形损伤规律,进一步揭示煤岩动力灾害演化过程及灾害发生机理,本文对煤岩单轴压缩变形损伤及声发射特性进行了研究,研究表明煤岩单轴压缩应力应变全过程可分为四个阶段,各个阶段的声发射不同,且不同于一般岩石的有关特性;煤岩的声发射特征能较好地描述其变形和损伤演化特性.     

微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性研究

通过微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验,研究了褥垫层厚度和桩间珊瑚砂相对密实度对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基承载特性的影响。试验结果表明:褥垫层厚度从1 cm增加到5 cm,复合地基承载力在桩间珊瑚砂相对密实度分别为44%、56%、70%时分别提高了91.8%、45.6%、31.0%,土压力分布均匀性等也得到了改善;桩间砂相对密实度从44%增加到70%,褥垫层厚度分别为1 cm、3 cm、5 cm时复合地基承载力分别提高了121.8%、97.4%、51.5%;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随相对密实度增大而略有增大;微生物珊瑚砂桩侧摩阻力随深度先增大后减小,最大侧摩阻力出现在试验桩桩深10~20 cm之间;建议微生物珊瑚砂桩复合地基褥垫层厚度为0.6倍桩径。试验结果可为微生物珊瑚砂桩复合地基的工程运用提供参考。     

盐岩单轴压缩损伤演化及声发射特征研究

盐岩具有低渗透性、良好的蠕变特性和损伤恢复功能等,是油气储存的重要介质,但是盐穴储气库注采运行中,盐岩变形存在大变形的力学行为,影响储气库的安全性。利用MTS815岩石力学测试系统对不同类型盐岩进行单轴压缩实验,配合声发射监测系统对实验全过程进行声发射监测,展开了盐岩变形破坏过程的力学特性及声发射特征研究,并对其损伤演化特征进行探索。结果表明：(1)在盐岩样品中存在夹层可以明显提高其抗压强度,通过3组实验岩心平均抗压强度对比发现盐岩中存在夹层强度可提高20%,3类岩心实验过程中声发射事件在抗压强度的40%以下较为平静,超过40%时声发射事件激增;(2)通过对声发射事件空间位置研究可以得到其对应岩心的破坏演化过程：含泥盐岩最初在样品各处均发生微小裂隙,随着应力的增加微小裂隙扩展连通主要发生在泥质含量较高区域,并在该区域形成宏观裂隙;含夹层盐岩破坏首先发生在硬夹层,然后向盐岩层扩展,最终穿透盐岩层丧失承载能力;纯盐岩首先在样品中部发生损伤,然后向两端传递,但是破坏主要在样品中部聚集,最终形成宏观断裂面;(3)利用能量累计值建立损伤变量,将损伤变量的演化曲线分为四部分,并提出工程的安全预警阈...     

无粘性土三轴试验初探

对三轴试验的影响因素进行了初步探讨,并对现行无粘性土扰动样的制备、饱和方法进行分析总结。     

花岗岩单轴压缩的声发射特征及热力耦合模型

通过高温后花岗岩的单轴压缩及声发射试验,研究了各温度水平下试件纵波波速的变化及应力-应变曲线与声发射曲线的关联,并提出由累积声发射频数表征的损伤变量,然后依此损伤变量导出温度-应力耦合模型。研究表明:试件的纵波波速随温度的升高而降低,而且降低的幅度逐渐增大;应力-应变曲线与声发射曲线吻合得较好,主要分为六个阶段,声发射总是发生在加载曲线的转折点,意味着能量的突变;耦合模型理论曲线与试验曲线总体形状相类似,较好地反映了花岗岩的脆性。     

单轴压缩下煤岩声发射及分形特征研究

为了研究煤岩在单轴压缩下的声发射及分形特征,利用RMT-150C 型岩石力学伺服试验系统和CDAE-1 型声发射检测仪对砂岩、砂质泥岩和戊组煤试样进行了实验研究。对砂岩、砂质泥岩和戊组煤的力学特性、声发射计数和累计计数以及声发射序列的分形特征进行了对比研究。研究结果表明:煤岩全应力-应变过程可分为四个阶段:初始压密阶段、准弹性阶段、塑性变形破坏阶段和残余变形阶段。初始压密阶段,声发射计数都比较低,累计计数增加的趋势特别缓慢;准弹性阶段,声发射计数有所增加,累计计数变化趋势相对较快;塑性变形破坏阶段,声发射计数都出现了跳跃式上升,声发射累计计数都出现了激增现象,但是砂岩的特别明显;残余变形阶段,声发射计数水平比较低,累计计数基本不增加了。煤岩破坏过程中声发射序列都具有分形特征,分形维值在煤岩破坏前会出现突降现象,可以作为预测煤岩动力灾害的前兆。