大理岩声发射Kaiser效应法测量原岩应力试验研究

为研究声发射Kaiser效应法测量原岩应力,进行了现场套孔应力解除试验,得到了试件加载方向的实测应力值,对大理岩进行单轴压缩条件下的2次加载声发射试验并确定Kaiser点.试验结果表明:通过声发射Kaiser效应法测得的地应力与通过套孔应力解除法测得的原岩应力误差小于10 %,原岩应力位于20 %~26 %的峰值强度之间,即岩石压密阶段后期或弹性阶段初期.研究结果可为提高判读Kaiser点的精度和岩石工程实际提供依据.      

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。     

不同加载方式下花岗岩声发射特性的试验研究

为研究花岗岩在不同加载方式下的声发射特性,对15块花岗岩试样进行了3种不同加载方式下的声发射测试试验。结果发现:单次加载方式下,加载应力达到破坏强度60%左右时,声发射发生突增;等幅循环加载方式下能否观察到Kaiser效应与其加载应力水平相关;分级循环加载方式下,Kaiser效应记忆先前加载应力的准确程度随着加载应力水平的增加而减弱,其存在应力水平大约为试样破坏强度的20%~60%。     

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。     

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。     

三轴不同加载路径下花岗岩Kaiser效应试验研究

为了解不同加载路径三轴预加载对花岗岩Kaiser效应的影响,先对花岗岩进行三轴预加载试验,再进行单轴压缩试验并采集声发射信息,据此分析预加载对声发射特征的影响。研究表明,预加载时轴压和围压的加载顺序及大小对于Kaiser效应有明显的影响。先加围压可以抑制轴向加载损伤的产生,导致Kaiser点提前。先加轴压,后加较小围压对Kaiser点影响可忽略;后加围压如果较大,则会加大花岗岩所受损伤,导致Kaiser点延后。如果轴压围压同步加载,则会大幅度影响Kaiser点的准确性,甚至完全观察不到预加载的影响。该试验研究方法和结果可为岩石Kaiser效应理论研究提供参考。     

基于声发射概率密度函数固废胶结充填体损伤分析

固废胶结充填体是保障矿山安全回采的关键承载结构,为探究其实际承载损伤破坏过程,在RMT-150C岩石力学测试系统上对不同粗骨料含量的4组胶结充填体试样进行了单轴压缩与循环载荷下的声发射试验。结果表明：循环载荷下,4组试样均具有显著的Kaiser效应,且含块石的3组试样声发射事件数更丰富,峰值应力前达到了纯尾砂试样的152%、225%和300%。同时,利用声发射概率密度与承载应力水平间的关联性,得到了4组不同块石含量胶结充填体的声发射概率密度方程,通过声发射概率密度函数实现了声发射参数量化分析胶结充填体承载损伤过程。对比损伤变量-应力水平曲线可以看出,块石的加入能够有效减缓并抑制前期损伤,当块石含量为20%时,效果最好。     

循环载荷下块石胶结充填体声发射特性研究

利用RMT-150C岩石力学试验系统和PCI-2型声发射采集系统,对灰砂比为1∶4的纯尾砂充填体与块石作骨料的胶结充填体在不同幅值循环加卸载条件下损伤破坏全过程的声发射特性进行了研究。试验结果显示：含块石充填体在循环载荷下损伤破坏过程声发射信号较纯尾砂充填体更加丰富,且均表现出在加卸载应力幅值为80%的阶段声发射活动最为平静的共性。试验数据处理结果表明：充填体Kaiser效应的有效应力区间为相对应力水平低于70%,超过这一区域后,Kaiser效应失效,Felicity效应显著。     

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.      

岩石材料脆性剪切破坏模式下的强度分析

使用声发射法与三轴试验相结合的方法对岩石试样微裂隙产生和发展进行监测,以获取岩石脆性剪切混合破坏模式的特点.采用断裂力学与岩石力学理论相结合的方式进行理论分析和试验数据处理,得到了试样三阶段特征强度随应力状态变化的规律,并提出了一种适用于岩石脆性、剪切混合型破坏强度分析方法,据此建立了Mohr-Coulomb、Griffith和Hoek-Brown等强度准则与脆、剪混合强度模型的关系.采用此模型对水厂边坡混合花岗岩的全应力-应变试验数据进行脆剪混合强度分析,理论值与试验值具有良好的一致性.      

岩石试件尺寸效应与岩体强度的研究

论述了目前研究岩石尺寸效应计算模型所存在的不足,结合大红山铜矿岩石力学试验结果,提出了改进的岩石尺寸效应的计算式,探讨了岩石试件推荐值和岩体强度的计算方法及弱化方法。     

岩石破碎方法的研究现状及展望

综述了机械破岩(冲击破岩、切削破岩和冲击-切削破岩)和非机械破岩(水力破岩、热-机碎岩、贯通锥形断裂破岩、激光破岩、微波破岩、等离子破岩和电子束破岩)两种岩石破碎方法的研究现状,分析了各自的优缺点,对我国岩石破碎研究的发展趋势进行了展望。     

岩石与岩体冻融损伤内涵区别及研究进展

岩石与岩体内部结构、空间尺度及裂隙分布形式不同,在冻融循环作用下其损伤劣化机制存在显著差异,损伤评判标准亦有所不同,因此厘清岩石与岩体冻融损伤内涵区别并总结相关研究进展具有重要意义。在内涵方面,岩石损伤主要是内部微小缺陷作用,属于微观层面问题（毫米量级及以下尺度）;而岩体损伤则更加关注节理裂隙的影响,属于宏观层面问题（厘米量级及以上尺度）。目前冻融损伤相关研究主要集中在完整岩石块体,对于含有宏观裂隙的岩体研究较少;岩石冻胀是原位水冻胀与迁移水冻胀共同作用的结果,主要从冻胀力与疲劳损伤2个角度进行岩石冻融损伤本构模型的构建研究。未来岩体冻融损伤研究应重点关注裂隙所带来的影响,即从微观尺度入手,利用室内试验探究冻融循环过程孔隙和裂隙内部水分迁移冻胀机制与相互作用规律,结合现场试验与数值模拟研究构建大尺度下岩体冻融损伤本构模型,最终形成寒区岩石与岩体冻融损伤评价体系。     

软弱破碎岩体工程地质调查与质量评价

合理的工程地质调查与岩体质量评价是地下工程设计、施工和采矿活动的基础,针对前河金矿软弱破碎类型岩体,在充分了解矿山地质、开采现状及软岩特点的基础上,采用适合软岩特点和符合矿山实际情况的测线法对其软弱破碎岩体进行详细的工程地质调查与分析,并采用MRMR-2000系统法和Q系统法分别对矿体和上下盘岩体质量进行了评价。结果表明：矿岩体中的结构面非常发育,均发育有3组以上的优势结构面,结构面平均线密度均超过25 条/m;矿体及上下盘岩体均属Ⅴ级,矿岩体质量总体评价均为差,其中,下盘岩体相对稍好,上盘岩体次之,矿体最差。     

我国大变形锚杆研究现状及发展趋势

系统地介绍了我国大变形锚杆的研发现状。通过总结分析现有锚杆设计方案,提出了基于作用机理的大变形锚杆类型划分建议;选取5种典型的设计方案解析了各类型大变形锚杆的优缺点;在此基础上,进一步总结了现有技术方案存在的主要问题,据此对大变形锚杆未来发展趋势提出了几点认识。研究认为:我国大变形锚杆可划分为结构型、材料本质型和其他类型三大类;结构型大变形锚杆包含摩擦型、剪切型和活塞型3个亚类;为进一步促进大变形锚杆的发展,针对结构型锚杆应进一步优化结构、优选锚杆材料、优化制造工艺并保证产品质量稳定性;加大新型杆体材料的开发与应用研究力度;发展具有监测功能的大变形锚杆,将监测技术与大变形锚杆设计相融合,拓展大变形锚杆的应用前景。     

岩石损伤理论研究进展

介绍了近年来岩石损伤理论若干进展,主要内容包括:岩石损伤理论的基本思想及其研究方法、岩石损伤的分类、损伤变量的定义与选取、岩石损伤本构模型的建立及其参数对岩石损伤行为的影响、不同荷载下岩石裂纹演化规律的研究、岩石损伤机理的探讨,以及对岩石损伤的一些认识。以上研究表明:首先,采用损伤力学对岩石损伤进行研究是一种行之有效的方法。其次,损伤模型的建立是岩石损伤的核心内容。通过室内试验研究岩石在不同荷载下的损伤演化规律,有助于揭示岩石损伤机理。最后提出下一步研究的重点是考虑多因素岩石耦合损伤。     

岩柱应力分布规律及其稳定性分析

作为地下洞室群重要的支撑结构,岩柱在采矿工程、水电工程、公路铁路隧道工程等诸多领域都有着广泛地应用。在系统总结岩柱荷载和岩柱强度前人研究方法和研究成果的基础上,对工程实践常用的条形和矩形岩柱上的应力分布规律及其影响因素、岩柱宽度对岩柱应力重新分布规和岩柱荷载的影响进行了系统分析,分析了岩柱渐进式破坏的力学机制,为岩柱设计和岩柱失稳破坏分析提供了参考依据。     

滨海矿区地应力与岩石力学参数随埋深的变化规律及其相互关系

三山岛金矿西岭矿区是我国首个进行滨海开采的金属矿区,研究埋深对该区域地应力和岩石力学性质的影响,对于滨海岩石工程开挖设计及灾害防控具有重要意义.通过对该矿区3个地质钻孔ZK88-21、ZK88-14和ZK94-2的不同埋深岩芯进行取样,获取埋深300～1900 m范围内的岩石标准试样.采用MTS815和声发射系统测试不...     

冲击荷载下岩石裂纹扩展研究进展

为了给深部资源开采和大型地下空间工程中围岩体的变形机理及稳定性控制提供理论基础,通过查阅大量关于表征岩石裂纹扩展的裂纹扩展模型、应力强度因子和断裂韧性的国内外文献,总结了前人的研究成果。依据现有研究,提出了动荷载作用下岩石裂纹扩展的几点建议：（1）综合考虑弹性力学、断裂力学和损伤力学建立岩石材料从微观断裂到宏观破坏这一演变过程的理论模型,使理论模型更加适应岩石材料的非线性特征;（2）采用分形、自组织和混沌等非线性理论表征动荷载作用下岩石内部以及表面裂纹的扩展演化特征;（3）采用颗粒离散元和有限差分模拟岩石材料裂纹扩展演化特征。