巖石破壞過程聲發(fā)射特征研究

頁數(shù)：58 字數(shù)：28133


摘 要
巖石是典型的具有非均勻性的脆性材料，內(nèi)部富含各種缺陷（微裂紋、孔隙、節(jié)理裂隙等），在受載破壞過程中會產(chǎn)生大量的聲發(fā)射信號。由于聲發(fā)射信號產(chǎn)生于巖石內(nèi)部微裂紋的萌生或擴展，因此每個聲發(fā)射信號都包含了巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的豐富信息。研究和分析這些聲發(fā)射信號的特征參數(shù)對于進一步認識巖石破壞過程中內(nèi)部裂紋的擴展規(guī)律以及預(yù)測預(yù)報礦山現(xiàn)場的沖擊地壓（巖爆）具有重要的價值。
本論文通過對巖石破壞過程的聲發(fā)射實驗和理論研究，得出如下結(jié)論：
（1）在連續(xù)循環(huán)加載實驗中，隨著載荷的增加，巖石在卸載過程中的損傷和聲發(fā)射事件較加載過程增加更快，聲發(fā)射數(shù)加卸載響應(yīng)比Y值逐漸減低。大多數(shù)巖石在彈性變形后期Y值降到1左右。
（2）在應(yīng)力水平低于峰值強度的50%時卸載后的重復(fù)加載過程中，在未達到前次加載應(yīng)力水平之前時巖樣的聲發(fā)射事件數(shù)很少或不產(chǎn)生聲發(fā)射，即出現(xiàn)典型的Kaiser 效應(yīng)現(xiàn)象；而在超過50%峰值強度的應(yīng)力水平卸載后的重復(fù)加載過程中則出現(xiàn)明顯的聲發(fā)射現(xiàn)象，即出現(xiàn)所謂的Felicity 現(xiàn)象。
（3）在有保載過程的實驗中，由于保載過程的加入，在較低的應(yīng)力水平卸載過程只產(chǎn)生極少的聲發(fā)射信號。更多的是在保載過程中。加卸載響應(yīng)比接近1的水平最低的也在峰值應(yīng)力88.7%以后。而加保載響應(yīng)比接近1的水平普遍在峰值應(yīng)力50%左右。
（4）在有保載過程的實驗中，在最后一個循環(huán)，即使加長保載時間聲發(fā)射率依然很高且沒有降低的跡象。也就是說，在巖石的臨近破壞階段即使不在加大應(yīng)力，巖石也會在長時間保載過程中產(chǎn)生宏觀破壞?？梢韵胂蟮V房中的礦柱，相當于巖石的保載過程，如果礦柱所受應(yīng)力比較大，經(jīng)過較長的時間后，也會有巖爆的危險。

關(guān)鍵詞：巖石破壞；聲發(fā)射；加卸載響應(yīng)比理論；Kaiser效應(yīng)；循環(huán)加載；保載


目錄
摘 要 Ⅰ
目錄 II
第1章 緒 論 - 1 -
1.1研究的目的和意義 - 1 -
1.2研究背景 - 1 -
1.2.1 巖石聲發(fā)射技術(shù)研究現(xiàn)狀 - 1 -
1.3研究的主要內(nèi)容和方法 - 5 -
1.3.1 擬采取的研究方法 - 5 -
1.3.2 技術(shù)路線及實施方案 - 5 -
第2章 聲發(fā)射技術(shù)簡介及實驗過程 - 6 -
2.1 聲發(fā)射技術(shù) - 6 -
2.1.1聲發(fā)射技術(shù)的概念 - 6 -
2.1.2聲發(fā)射信號的產(chǎn)生 - 6 -
2.1.3聲發(fā)射信號的傳播特征 - 8 -
2.1.4聲發(fā)射參數(shù)及分析 - 10 -
2.1.5聲發(fā)射監(jiān)測儀器 - 12 -
2.2 實驗過程 - 14 -
2.2.1實驗設(shè)備 - 14 -
2.2.2巖石試樣制備 - 17 -
2.2.3加載方式及實驗過程 - 18 -
第3章 循環(huán)加載條件下巖石破壞聲發(fā)射特征 - 19 -
3.1 循環(huán)載荷下巖石破壞理論 - 19 -
3.1.1 巖石破壞和聲發(fā)射之間的關(guān)系 - 19 -
3.1.2 巖石的Kaiser效應(yīng)及Felicity效應(yīng) - 20 -
3.1.3 循環(huán)載荷下巖石損傷和聲發(fā)射之間的關(guān)系 - 22 -
3.2 循環(huán)加載下巖石破壞特征 - 24 -
3.3 小結(jié) - 35 -
第4章 循環(huán)加載條件下巖石破壞聲發(fā)射特征進一步研究 - 37 -
4.1 研究背景 - 37 -
4.2 循環(huán)加載并進行保載下巖石破壞特征 - 37 -
4.3 小結(jié) - 48 -
第5章 結(jié) 論 - 50 -
參考文獻 - 51 -
致 謝 - 54 -


第1章 緒 論
1.1研究的目的和意義
從巖石力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域可以看出，巖石力學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展是與人類的生產(chǎn)活動息息相關(guān)的。巖石在工程中的兩大狀態(tài)，一是穩(wěn)定平衡，二是失穩(wěn)破裂。長期以來，人們對前者的研究較為廣泛和深入，而對后者則研究的較少。但巖石力學(xué)研究的最根本問題還是巖石（體）失穩(wěn)破壞問題，巖石（體）失穩(wěn)破壞會涉及到很多地質(zhì)災(zāi)害問題，諸如：地震、巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)、沖擊地壓（礦震）以及巖爆等。研究非穩(wěn)定平衡無疑會指導(dǎo)人們對工程結(jié)構(gòu)的防護采取相應(yīng)的措施。而對于巖石破裂失穩(wěn)過程，則主要是研究非人為控制條件下巖石的破壞狀態(tài)，旨在認識自然力或工作施載條件下巖石破裂過程中所顯現(xiàn)的特殊現(xiàn)象（如礦井中的巖爆、地震等），探索自然規(guī)律，從而尋求有關(guān)失穩(wěn)的前兆特征，進行相應(yīng)的預(yù)報措施。
巖石是由多種礦物組成的結(jié)合體，含有許多裂縫和空洞等不連續(xù)面，是一種非均勻的非線性體,其受載特性和其他材料有很大的不同。由于巖土工程在施工和運營階段，經(jīng)常會遇到循環(huán)載荷的作用，巖體在循環(huán)載荷作用下的力學(xué)性能是影響巖土工程長期穩(wěn)定性的重要因素之一，而聲發(fā)射作為一種研究巖石受載變形、損傷、破壞演化規(guī)律的有效技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實際工程中。