岩石三轴压缩声发射信息时序特征

岩石三轴压缩变形破坏演化过程可划分为压密闭合阶段、弹性阶段、弹塑性阶段、破裂发展阶段及残余塑性阶段等5个阶段,声发射特征能够较好地反映出岩样损伤破坏的演化过程。不同类型岩石因其内部组分、结构、均质度不同,其压缩破坏过程的声发射时序特征也不尽相同。研究结果表明:1内部裂隙较多的煤岩声发射时间序列较分散,时序特征呈群震型;2结构均匀致密灰岩的声发射事件数在破坏前集中出现,时序特征呈孤震型;3均质度介于两者之间的砂岩声发射时间时序特征呈主震型。     

基于SPH的煤岩单轴加载声发射数值模拟

基于SPH(光滑粒子流体动力学)数值计算方法,研究了非均质煤岩材料的单轴压缩试验声发射效应,揭示了煤岩的声发射效应随着均质度m的变化规律。研究表明:随着均质度m值的增大,试件的声发射效应由群震型逐渐变为前震—主震—余震型、主震型;试件积聚能量的能力逐渐增强,材料属性由理想弹塑性材料向极端脆性材料转变,破坏模式由塑性流动破坏逐渐变为脆性破坏,其破坏形式越来越剧烈。     

岩石声发射特性的研究

对单轴压缩下的花岗岩，砂岩，灰岩的声发射及剪切时花岗岩，灰岩的声发射进行了测试，并对声发射的时间序列，活动特点和频谱特征等进行了分析。结果表明，岩石的声发射时间序列可分为主震型，孤震和震群型三类，与岩石结构的均匀性和受力状态有关，岩石声发射活动在岩石破坏前都有一个稳定发展阶段和加速发展阶段，声发射的主频在５－３０ｋＨｚ以内，与岩石种类和受力状态关系不大，声发射主频一幅值因岩石不同而呈不同的分布状态     

不同加载速率下小纪汗煤矿煤样强度及声发射特征研究

利用材料力学试验机及声发射信号检测分析系统,对小纪汗煤矿煤样进行了不同加载速率下单轴压缩过程中的声发射试验,得到了煤样应力应变全过程的声发射特征曲线,分析了不同加载速率下煤样的强度极限、声发射能量及振铃计数等特征参数的变化规律。研究表明:随着加载速率的增加,煤样抗压强度和压缩率呈现先上升后降低的变化趋势,煤样声发射能量释放形式由孤震型向震群型转变,在低加载速率下岩样能量释放形式主要表现为孤震型,在较高加载速率下则主要表现为震群型;不同加载速率下煤样振铃计数变化趋势大致相同,都经历缓慢增加与快速增加阶段,且随着加载速率的提高,声发射累计振铃计数明显减少;单轴压缩时煤样的破坏表现为单剪及双剪破坏,煤样声发射三维定位图与破裂实物图吻合较好。     

基于声发射监测的双轴加载岩石破裂研究

选取中粗粒花岗岩,应用声发射技术,通过施加不同侧向压力,对双轴加载方式下花岗岩试样破裂过程中的声发射序列特征进行研究,着重分析了抗压强度、声发射活动特征与侧向压力的关系。研究表明：侧应力增大了竖向抗压强度,加载端临界侧向应变是侧向应力影响竖向抗压强度的关键。当加载端临界侧向应变为正值,即试件在该方向受拉时,侧向应力对竖向抗压强度的增强起到正作用;反之,起负作用。同时,侧压力对声发射序列特征影响也比较明显。侧压力较小时,岩石在加载初期只有较少的声发射事件,在破坏前出现大量的声发射事件,声发射序列在应力峰值前表现为单峰型;侧应力较大时,较小的应力扰动即可诱发微裂隙的产生和发展,产生较多的声发射事件,致使声发射序列表现为群震型。这对于岩石破裂失稳预报很有意义。     

岩石试样脆塑性破裂全过程数值试验研究

为了探究岩石试样形状与其塑性性能的关系,在PFC2D中建立了中颗粒大理岩和三峡花岗岩的数值模型,进行不同高宽比数值试样的单轴压缩试验.比较应力-应变曲线,发现随着高宽比的减小,两种岩性的试样均出现了由脆性破坏向延性破坏发展的趋势.同时声发射模式由主震-后震型向前震-主震-后震和群震型转化.另外,利用两种常见的脆性评价方...     

基于声发射能量判定指标岩石破坏时刻预测研究

利用岩石声发射技术对岩石试件进行单轴全过程加载实验,获得岩石声发射时间-能量参数,提出一个新指标——能量判定指标KSN,并对岩石试件破坏时刻进行预测。在实验结果的基础上,利用MATLAB绘制声发射能量拟合直线ySN,并对能量判定指标KSN进行计算。研究表明,按照一定时间序列进行分段的基础上,随着岩石试件不断加载,与前一个时间段相比,能量判定指标KSN减小,幅度逐渐增大;当能量判定指标KSN增大时,能量拟合直线ySN出现回弹现象,预示试件即将破坏。能量判定指标KSN分析方法也可用于地震、矿震的预测。     

红砂岩单轴压缩与短时蠕变破坏声发射试验

岩石在不同应力状态下,其声发射特征有所区别,研究对比单轴压缩和蠕变2种状态下岩石的声发射特征对预测岩石破坏具有重要意义。通过进行红砂岩单轴压缩声发射试验和分级加卸载短时蠕变破坏声发射试验,对比分析了2种状态下声发射事件率和振幅的变化规律。试验结果表明:声发射事件率在蠕变破坏和单轴压缩破坏过程中总体规律相近;在单轴压缩破坏过程中在加载早期振幅较大,之后有所减小,直至破坏前增大明显,然而在蠕变破坏过程中,振幅在进入蠕变破坏加速阶段和破坏前均有明显增大的趋势。可见,相对于声发射事件率,振幅在一定程度上可作为蠕变破坏与单轴压缩破坏的声发射判据。     

随机性对低均质度岩石声发射时序特征的影响

为了研究随机性对低均质度岩石声发射时序特征的影响,采用数值模拟软件RFPA2D进行岩石单轴压缩破坏过程模拟。通过设计正交试验方案,以试验结果的离散系数为评价指标,衡量随机性对声发射时序特征的影响程度。对不同均质度、试件尺寸、加载速率下岩石声发射的时序特征进行了研究,同时分析了随机性对声发射各阶段时序特征的影响。结果表明:均质度是随机性影响声发射试验的主要因素。随机性对声发射类型没有影响,但对事件数峰值的影响较大,离散系数大于0.15,而对声发射事件数峰值对应步数影响较小,离散系数小于0.15。声发射计数出现峰值前,随机性对岩石破裂弹性阶段的声发射时序特征的影响最小。     

红砂岩不同蠕变阶段声发射振幅与能量特征研究

为认识岩石蠕变过程中的声发射特征,对红砂岩进行了分级循环加卸载试验,研究了试件在减速蠕变、等速蠕变与加速蠕变阶段的声发射振幅与能量特征。试验结果表明:在减速蠕变阶段,声发射振幅与能量随时间的增长而减小;而后,在等速蠕变阶段,声发射振幅与能量基本趋于稳定,并且两参数的平均值与方差小于减速蠕变阶段。在加速蠕变阶段,声发射振幅与能量发生跃迁的频率增大。在此阶段,声发射能量平均值与方差和声发射振幅方差,大于减速蠕变与等速蠕变阶段。以上声发射特征说明,相对于等速蠕变阶段,减速蠕变阶段微破裂的尺度相对较大;而在加速蠕变阶段,微破裂在更大尺度的范围内发生。试件损伤主要发生在减速蠕变与加速蠕变阶段。     

煤岩声发射机理初探

利用煤岩损伤理论和煤岩材料的固有缺陷分布特征,推导了煤岩破坏过程中的声发射理论模型,建立了岩石声发射率与应变过程、加载速率、材料均质度、初始损伤、材料固有特性等的理论关系,通过相关实验验证了该模型的正确性;理论推导、计算机模拟和实验室试验证实,均质度不同的岩石等材料应变过程中,声发射率变化规律有3种模式,即随应变增加的声发射率(指数)上升型、先升后降型和平稳型。工程实际应用中,应根据岩石等材料具体分布,掌握岩石等材料破坏前兆规律,才能根据声发射变化特征判断材料破坏动态。     

非均质性对高应力巷道围岩卸荷声发射的影响

高应力巷道围岩卸荷破坏相关问题研究具有重要的理论价值和现实意义.运用岩石破裂过程分析软件RFPA对不同均质度下的高应力巷道围岩卸荷声发射进行了研究.结果表明,不同均质度下的高应力巷道围岩卸荷声发射有很大差别,随均质度的提高,声发射的集中性增强,岩爆危险性增强.     

岩石结构对声发射影响的试验研究及数值模拟初探

本文在试验的基础上,研究了两类岩石材料单轴压缩下的声发射规律,发现脆性坚硬完整的材料声发射在破坏前会出现突跃;而松软材料发射平稳增加,这与其破坏现象是一致的。数值模拟表明,岩石的破坏过程与岩石的结构（均质度）存在一定的关系,模拟加载过程中的声发射规律与试验的结果一致。     

含层理岩石单轴损伤破坏声发射参数及能量耗散规律

层理构造普遍存在于煤矿地下矿柱岩体中,对其稳定性造成一定的威胁。通过含层理及均质岩石试件单轴压缩实验和CT层析扫描测试,分析了含层理岩石破坏特征,损伤演化过程中的声发射参数特征、能量耗散与传递规律,根据改进后的Duncan模型建立基于声发射、能量耗散参数的单轴损伤破坏模型。结果表明:均质岩石试件整体失稳的主要原因为纵向拉伸破坏,含层理试件宏观主裂纹为单一剪切破坏形式,具有明显的剪切破碎带,层理的软弱结构面会在一定程度上削弱矿柱的承载能力;含层理构造岩石试件失稳破坏主要发生在塑性变形阶段(cd),对应于AE剧烈期,耗散应变能出现明显的起伏波动,轴向荷载60%σ_c~σ_c区间内,63%t_c~t_c时间阶段内;而均质岩石试件的失稳性破坏预测的重点在屈服点前后时间区间内,该区间内耗散应变能的趋势为缓慢下降(屈服点c前)→上升(屈服点c后)→骤增(破坏点d)。建立基于声发射和能量耗散参数的单轴损伤破坏模型,对于含层理试件理论计算结果与试验结果平均偏差率分别为8.2%和9.5%;均质试件的理论计算结果与试验结果平均偏差率分别为18.4%和19.3%。     

基于声发射实验岩石破坏前兆特征研究

在单轴加载条件下,进行岩石破裂失稳全过程声发射实验研究,得到岩石破裂过程中的应力-应变曲线、声发射参数与时间的关系。选取累计AE数、AE能量释放率、震级-频度关系中的b值随时间的变化规律研究了岩石失稳破坏的前兆信息。结果表明：在初始加载阶段,声发射数量很少;在岩石弹性变形阶段后期和塑性变形阶段,累计声发射数快速增加;声发射能量在岩石破裂过程中相当长的一段时间内保持低释放率,而在破坏前释放明显;在岩石失稳破坏前,b值出现快速下降现象,多数岩石试件声发射b值岩石破坏前下降到最低值。这些前兆特征可以为现场岩体声发射监测预报技术的应用提供依据,以提高岩体稳定性监测预报的准确率。     

基于离散小波分析的灰岩压缩破坏声发射预测研究

针对试验得到的石灰岩岩样压缩破坏声发射参数随时间的离散数据系列，对声发射事件能量-时间（应变）序列进行了离散小波系数分解，并计算得到了各尺度的Lipschitz指数α值。采用不同尺度上声发射能量的最小Lipschitz指数α值所对应的最早时间（应变）作为岩石的破坏预报时间（应变），与试验结果吻合较好。     

不同含水状态砂岩三轴压缩声发射特征试验研究

利用MTS815岩石伺服试验机对不同含水状态下的砂岩进行了三轴压缩声发射试验,得到自然状态及饱水状态下砂岩的应力-应变曲线、声发射振铃计数率、能量及振幅分布曲线。试验结果表明,在水的影响下砂岩的力学特性和声发射特征都有较大变化:饱水状态岩样的平均峰值强度为自然状态岩样的84.4%,且在试验过程中整体变形及弹性模量都较小;在岩样三轴压缩的各个阶段,饱水岩样的声发射振铃计数率、能量及振幅值均比自然状态岩样小;对比饱水岩样和自然岩样的宏观破裂时间及声发射信号最大值出现的时间,饱水状态岩样都存在"滞后"现象;此外,两种含水状态下岩样的声发射振铃计数及能量出现最大值的时间均稍"滞后"于砂岩宏观破坏时刻。研究结果对含水岩层工程设计及施工具有指导意义。     

不同硬岩破裂失稳声发射及b值动态特征实验研究

为了研究不同硬岩破坏过程中声发射及b值演化特征差异,在单轴加载条件下对不同种类硬岩进行声发射实验,得到不同种类硬岩破裂失稳过程中的力学特征,分析了不同种类的硬岩声发射能量率变化特征。并基于振幅与震级之间幂律关系定义声发射b值,对比了不同硬岩破裂失稳过程声发射b值演化特征,并分析了应力水平与声发射b值演化关系。研究表明:高强度、高脆性系数的岩石,从本构关系来看,没有明显屈服点,声发射能量率量级也越大;各试件在临近破坏时的声发射b值均大幅度下降,但花岗岩下降幅度最大。     

煤应变型冲击破坏尺寸效应声发射特征试验研究

为探究煤冲击破坏过程中的尺寸效应现象,采用自主研发的煤岩冲击破坏试验装置对5种不同尺寸的方形试样开展单轴压缩试验,并重点监测其声发射特征。研究表明：煤的弹性模量随边长尺寸的增加而增加,抗压强度及峰值应变随尺寸的增加而减小,尺寸较大的试样,在整体冲击破坏发生前会有局部小型冲击破坏的发生;随着边长尺寸的增加,声发射总振铃计数增长速度加快,声发射信号大能量更多在临近破坏阶段,但尺寸增加到300 mm时,声发射能量尺寸效应不明显。大尺寸试样的声发射b值会因为局部冲击而产生突降;声发射定位信号反映了试样破坏方式,随着边长尺寸的变大,声发射定位信号愈加分散,试样破坏方式由剪切破坏为主转为张拉破坏为主。     

基于颗粒流理论的煤岩冲击倾向性细观模拟试验研究

为了研究煤岩不同细观参数均质度对冲击倾向性的影响,利用细观颗粒流软件模拟了弹性模量和黏结强度分别服从Weibull分布的非均质煤岩,并通过进行单轴压缩试验分析了破坏过程中的能量积聚与释放,研究了不同均质度m的煤岩冲击倾向性。分析表明:颗粒弹性模量均质度m与宏观弹性模量之间呈幂函数关系,m越大,峰前积聚的能量越多,冲击倾向性越明显;颗粒间黏结强度均质度m与宏观抗压强度之间呈幂函数关系,m越大,峰前积聚的能量越多,煤岩破坏由塑性向脆性转化,峰后能量释放速度加快,冲击倾向性越明显;黏结强度均质性影响峰前的能量积聚和峰后的能量释放,而弹性模量均质性只影响峰前的能量积聚,黏结强度均质性对冲击倾向性的影响大于弹性模量,起主导作用。