单轴压缩下片岩应力记忆持续时间试验研究

为了研究时间对岩石应力记忆的影响,利用岩石试验机和SDAES数字声发射检测仪对2次加载时间间隔分别为2,7,15,30和45 d的片岩进行单轴压缩条件下的声发射Kaiser效应试验。试验结果表明:首次加载7 d后再次加载Kaiser效应明显,30 d后还可以观察到Kaiser效应,而45 d后Kaiser效应已难以辨认;随着首次加载与第二次加载间隔时间的增长,岩石Kaiser效应逐渐衰退;首次加载的应力水平影响岩石Kaiser效应的消退,介于岩石强度的30%~80%之间,岩石记忆先前应力的能力最好。     

加载速率对不同岩性岩石Kaiser效应影响

选取3种不同岩性的岩石,进行2次不同加载速率的单轴循环加载试验,结合声发射技术,分析加载速率对Kaiser效应的影响。结果表明:若前期所承受过的最高应力水平超过损伤应力时,Kaiser效应失效,Felicity效应成立。Felicity比的变化趋势也能充分反映岩石损伤的演化过程。基于应力和其他物理力学参数的Felicity比均随着加载速率的增加呈增大趋势。加载速率对脆性岩石的Kaiser效应影响较小,对塑性软岩的Kaiser效应的影响显著。岩石内部矿物成分、含量、胶结方式和结构等差异,导致了各种岩石力学特性和声发射特征的不同。加载速率越大,岩石的峰值强度越高,累计振铃计数越小。     

不同岩性Kaiser效应实验研究

对地应力的准确把握是油气田钻井与开发的先决条件。近年来,Kaiser效应在地应力的测量应用得越来越广泛。介绍了Kaiser实验的原理以及发展,并对油田现场所取得泥岩、灰岩展开了单轴压缩条件下的声发射的研究,通过对比2种岩样的实验结果得出不同岩性地层的声发射特性既有共性也有异性,这主要与岩石结果和致密程度等因素有关;泥岩为塑性岩石,Kaiser效应点不易判读;灰岩主要表现为脆性,声发射活动较少但是对应的Kaiser效应点很明确。最后提出了Kaiser效应的影响因素、作用机制等还没有形成系统化的标准还有待进一步的研究。     

小厂坝矿区地应力测试及分布规律

AE法测地应力由于Kaiser效应点难以辨识,应用受到极大限制。通过解决MTS815加载系统与PCI-Ⅱ型声发射信号采集系统在时间上的同步问题,确保了测试的Kaiser效应点与实际的Kaiser效应点的一致性;提出了分级循环加载精确识别地应力Kaiser效应点的方法。将该方法用于小厂坝矿区15个测点地应力测试中,其结果表明,小厂坝矿区主要以水平构造应力为主,但随着开采深度的增加,地应力由水平构造应力为主向垂直应力为主转变;750m中段的水平最大主应力超过30MPa,说明750m中段存在发生岩爆的高应力环境,在实际开采中,应加强支护和监测。     

炭质泥岩单轴加载RFPA~(2D)数值模拟

通过数值模拟软件RFPA~(2D)对炭质泥岩单轴加载的力学行为进行研究。在单轴加载条件下分别模拟了岩石破坏过程、岩石凯瑟效应、不同尺寸对岩石破坏的影响。研究表明:单轴加载条件下,岩石的破坏过程与声发射情况相对应;用数值模拟验证了岩石的Kaiser效应;针对岩石不同尺寸的影响,采用高径比为2的标准试样进行模拟,发现150 mm×300 mm是岩石强度的分界点。     

基于声发射Kaiser效应的地应力测量研究

对地应力的准确分析和把握是采矿工程设计合理性的先决条件,因此在巷道设计、采场布置、采矿方法的选用、采场结构参数和开采顺序的确定,围岩支护加固方式的选用以及地压控制措施的制定等方面都需要考虑地应力的影响。基于岩石的Kaiser效应,介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试原岩应力场的原理及测试技术,通过加工6个特殊方向的岩石试件,进行了声发射试验,得到了各个方向的正应力值,并由此计算出了测点的3个主应力值及方向,其结果对于该矿区的采矿工程布置具有重要的意义。     

砂岩循环加卸载下损伤特性及声发射Kaiser效应研究

为了获得砂岩循环加卸载路径下损伤特性和声发射Kaiser效应特征,开展了不同围压下砂岩循环加卸载声发射试验;从轴向应力、加载应力水平、能量耗散损伤角度,研究了三轴循环加卸载下声发射的不可逆比变化规律;评价了三轴循环加卸载下岩石Kaiser效应判断方法。结果表明:循环加卸载下耗散能损伤参数能较好地反映岩石的渐进损伤破坏,基于耗散能损伤参数的计算,能较好地反映岩石不同阶段的损伤特性,避免了应变参数计算损伤时压密阶段损伤值异常增大的现象。从应力水平、能量损伤角度分析声发射FR,更真实地反映岩石声发射Kaiser效应,随着围压增大Kaiser效应失效的应力提前,同一应力水平、相同能量损伤下,围压越大FR越小,声发射不可逆性随围压增大逐渐变得模糊。     

深部环境下岩石声发射地应力测试及其应用

为了研究深部条件下不同埋藏深度对地应力分布规律的影响, 通过地表重定向技术及一种自主研发的二次取芯技术, 取得了地表以下1 050 m、1 150 m、1 250 m、1 350 m和1 450 m共5个不同深度的岩石声发射试件, 利用岩石声发射Kaiser效应原理, 测得不同水平标高地应力, 经理论计算得出相应的主应力。结果表明, 随着埋藏深度增加, 地应力呈较明显的线性变化。实测巷道应力与理论计算应力分布情况相似。其结果对于该矿区的采矿工程布置具有指导意义。     

引入外参数的声发射系统在地应力测量中的应用

为解决AE法测量地应力时存在的测试精度低、可靠性差、Kaiser效应点不易判别的问题,采用先进的MTS 815材料试验机作为加载设备、PCI-2声发射仪作为声发射信号采集设备,并通过外参数引入技术改造,实现了加载设备和声发射仪二者数据采集的实时同步化,解决了声发射信号特征点与应力值间准确对应关系问题,提高了测试的准确性和精度。在此基础上,分析研究了分级多次循环加载方式下岩石试件声发射信号激发特征与规律,找到了准确获取地应力特征点的方法和波形处理技术,大大提高了测试的可靠性。利用该系统对甘肃白银集团小厂坝铅锌矿深部矿区进行了3个中段15个测点的地应力测试,获得了该矿区原岩应力场分布及变化规律,可为后续安全生产设计提供可靠基础数据。     

混凝土声发射Felicity效应实验验证与理论分析

通过对混凝土试块的循环加载声发射实验,验证了混凝土材料声发射特征的Kaiser效应和Kaiser效应记忆应力能力的Felicity效应。基于统计损伤力学理论,对Felicity效应产生的原因进行了理论分析,建立了引入声发射参量的脆性材料循环加载条件下的本构模型,本构方程曲线与实验曲线有较好吻合。理论分析和实验结果表明：混凝土在循环加载中声发射特征有明显的Felicity效应,而且应力水平越高,Felicity效应越显著;应变FR值比应力FR值更接近于1。     

等幅循环加载与分级循环加载下砂岩声发射Felicity效应试验研究

利用MTS815材料试验机和12 CHs PCI-2声发射信号采集系统,对砂岩在等幅循环加载和分级循环加载条件下损伤破坏全过程的声发射规律进行了研究,探讨了Kaiser效应与Felicity效应,以及Felicity效应声发射中“明显增多”的尺度界定问题。试验结果显示：砂岩在试验中的Kaiser效应显著,但有一定的局限性;当加载达到或超过其峰值强度的70%后,砂岩应力记忆特性中Felicity效应表现显著,Felicity比的演化显示出3个阶段特征,且总体呈下降的趋势;只要声发射“明显增多”的尺度范围设定合理,则对Felicity比的演化趋势没有影响。     

三轴循环加卸载作用下煤样的声发射特征

利用RMT-150B岩石力学试验机对煤样进行常规三轴、三轴循环加卸载作用下声发射试验,对不同加载条件下煤样的声发射特征进行分析。分析结果表明：在常规三轴压缩过程中声发射能量、累计计数和累计能量随时间变化趋势基本一致,均能较好反映煤样内部的破坏过程;在煤样循环加卸载过程间隔出现声发射信息,其能量、计数和幅值变化趋势一致,与煤样所受应力相吻合;煤样在常规三轴和循环加卸载破坏过程中声发射突变点在峰值应力的85%左右,可以作为判定煤样破坏的前兆;在循环加卸载过程中Felicity效应较明显,Felicity比值FR远小于1,随着循环应力水平提高,FR值不断降低,表明循环加卸载过程中声发射记忆具有超前特征,Kaiser效应的记忆效果较差,Kaiser效应作为煤体稳定性指标需谨慎。     

循环载荷作用下煤的力学性质及声发射特征演化规律

声发射是煤等脆性材料破坏过程中经常伴随的现象,可以通过研究煤的声发射规律掌握其损伤和裂隙的演化规律。借助三轴液电伺服加载系统和声发射测试系统,针对原煤试样,进行了循环加载实验,揭示了循环载荷作用下的煤力学性质和声发射演化特征。研究结果表明:多级加载疲劳试验中,循环载荷幅度相同的条件下,随着加载频率的减小,弹性模量降低30%～40%、不可逆塑性变形增加,说明煤样损伤及裂纹发展有时间效应;循环加卸载频率对于煤样内部原有的或新生的微裂纹扩展规律具有较大的影响;验证了声发射试验中的Kaiser效应和Felicity效应,发现煤的应力记忆特征、应变记忆特征具有Felicity效应,而且相对于应变记忆特征,应力记忆特征变化更加明显,说明煤的物性参数(应变)记忆能力相对好于状态参数(应力),更能准确地描述损伤。     

岩石声发射Kaiser效应研究现状及展望

由于原岩应力现场测量存在着施工困难、测量过程复杂、测量环境要求高等问题,通常只能利用较少的现场测量点获取地下空间区域的原岩应力信息,岩石力学与工程界一直在寻求相对简便易行的原岩应力测量方法.其中,岩石声发射Kaiser效应是一种可以在室内测量原岩应力的重要方法.岩石声发射Kaiser效应已有超过半个世纪的研究历程,至今...     

AE法地应力测量技术在金属矿山中的应用

对黄沙坪铅锌矿的钻孔岩芯在刚性压力机上进行了室内AE试验，试验所用的AE传感器频率范围为100－1000Hz。试验证实灰岩试样具有明显的Kaiser效应，且在循环加卸载条件下，能有效地消除试样存放时间对Kaiser效应的影响，所测垂直方向的原岩应力大小与测点处的自重应力非常吻合。     

花岗闪长岩和大理岩Kaiser效应研究之比较

通过比较花岗闪长岩和大理岩在低载阶段声发射信号特点以及Kaiser效应记忆先前应力、应变的能力 ,证明了Kaiser效应的机理在于对先前损伤的记忆。     

General theory of the Kaiser effect

A theory for the generalized Kaiser effect is discussed. Using the concept of a damage surface, the one-dimensional Kaiser effect is extended to a general stress state. Comparisons between the theory and experimental data show agreement in the predicted and observed properties of the Kaiser effect. Implications for the use of the Kaiser effect to determine in situ stress are discussed. It is shown that the commonly-used uniaxial loading method for determining in situ stress is not in accord with theory or observations of the Kaiser effect induced by laboratory-applied stress. An alternative theory of the Kaiser effect observed in cores loaded in situ is proposed.