兩種巖石單軸壓縮和蠕變聲發(fā)射特性試驗(yàn)研究.pdf

1、巖石長期承載過程中內(nèi)部損傷累積最終失穩(wěn)破壞，研究并掌握失穩(wěn)破壞的前兆信號并進(jìn)行有效的預(yù)測預(yù)報(bào)十分重要。室內(nèi)聲發(fā)射試驗(yàn)研究作為動態(tài)無損檢測的重要研究方法，對于掌握巖石失穩(wěn)破壞的信號特性具有重要價(jià)值。本文對具有代表性的紅砂巖和花崗巖進(jìn)行了常規(guī)單軸壓縮和蠕變試驗(yàn)聲發(fā)射試驗(yàn)研究。采用LabVIEW語言及MATLAB程序語言編寫數(shù)據(jù)后處理程序，研究了紅砂巖和花崗巖常規(guī)單軸壓縮和蠕變過程中不同時期的聲發(fā)射信號頻譜特征；基于單軸壓縮過程中聲發(fā)射振鈴和

2、事件數(shù)的信號特性，評估了紅砂巖與花崗巖的脆性程度；研究了紅砂巖蠕變?nèi)A段的聲發(fā)射特性，捕捉其破壞的前兆信號。
　　紅砂巖及花崗巖單軸壓縮過程中，損傷累積的聲發(fā)射信號特征與幾何變形趨勢一致，體積擴(kuò)容所對應(yīng)的應(yīng)力閾值下聲發(fā)射突變信號大量產(chǎn)生?；◢弾r在壓縮試驗(yàn)的壓密、彈性、屈服破壞的不同階段，能量釋放率、振鈴計(jì)數(shù)和波形幅值等參量呈現(xiàn)不同的特征。屈服前夕振鈴計(jì)數(shù)明顯增加，信號增幅加大，且破壞之前信號強(qiáng)度變化尤為強(qiáng)烈，破壞前兆信號明顯。而后

3、期由于試樣內(nèi)部破壞導(dǎo)致功率與幅值變大，聲發(fā)射的能量釋放率逐漸增大。結(jié)果表明巖石在彈性階段的內(nèi)部損傷累積很小，而后期隨著損傷累積的增大并形成主裂紋，聲波出現(xiàn)了明顯的折反射和衰減且波速變小。
　　單軸壓縮過程中，縱波穿越花崗巖介質(zhì)波速變化規(guī)律為：壓密階段內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于密實(shí)，聲波穿越巖石兩端沿著內(nèi)部介質(zhì)傳播速度增大。彈性階段主要是巖石內(nèi)部骨架和晶粒的幾乎趨近于各向同性的變形，內(nèi)部損傷累積并不是很明顯，聲波波速變化不大。屈服階段巖石內(nèi)部損傷

4、累積程度增大，主裂紋形成，聲波發(fā)射了明顯的折射反射和衰減，且內(nèi)部裂紋對波形傳播造成的影響導(dǎo)致聲波傳播速度變慢。根據(jù)聲發(fā)射事件數(shù)研究紅砂巖及花崗巖的脆性指標(biāo)，花崗巖脆性系數(shù)m值為1.69，紅砂巖脆性系數(shù)為0.67，花崗巖為典型脆性巖石。
　　單軸壓縮條件下，紅砂巖損傷應(yīng)力閾值為其單軸壓縮峰值強(qiáng)度的75％，在該應(yīng)力水平下的試樣單軸蠕變具有明顯的蠕變?nèi)A段。砂巖在完全破壞失穩(wěn)前有明顯的聲發(fā)射前兆信號，聲發(fā)射撞擊信號明顯增多，且出現(xiàn)非線性

5、階躍式變化。
　　紅砂巖蠕變?nèi)A段過程中聲發(fā)射信號的頻譜特性為：減速蠕變階段，聲波多低頻信號且波動幅值較低，多為突發(fā)性信號；穩(wěn)態(tài)蠕變階段的高頻信號增加，振幅也相應(yīng)增大；在加速蠕變階段，高頻與低頻信號同時增加，波動幅值減小。
　　本論文對花崗巖和紅砂巖進(jìn)行了單軸壓縮和蠕變過程的聲發(fā)射試驗(yàn)，通過分析聲發(fā)射信號特征研究了這兩種巖石的破壞和蠕變特性，從而掌握長期承載過程中的失穩(wěn)破壞前兆信號。這對深入認(rèn)識巖石損傷破壞的力學(xué)機(jī)理、礦井災(zāi)