不同加載路徑下巖石破壞次聲信號(hào)特征研究.pdf

1、巖石失穩(wěn)破壞過程是一種能量不斷累積到一定程度而后突然釋放的過程，是一種累積效應(yīng)。因此開展監(jiān)測(cè)巖體在能量累積過程中伴隨的物理現(xiàn)象并究其特征，獲取巖體失穩(wěn)過程中起到破壞前兆特征作用的信息，是進(jìn)行巖體失穩(wěn)可監(jiān)測(cè)預(yù)警的研究方向。研究表明次聲信號(hào)具有傳播距離遠(yuǎn)、能量衰減小的特點(diǎn)，克服周圍環(huán)境次聲噪音干擾，通過研究巖石加載過程中低頻聲發(fā)射信號(hào)特征，建立次聲信號(hào)與巖體失穩(wěn)之間關(guān)聯(lián)性，可獲得巖石失穩(wěn)破壞重要的前兆信息。
　　本文以室內(nèi)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，

2、進(jìn)行了單軸壓縮試驗(yàn)、成45°斜剪試驗(yàn)、巴西劈裂試驗(yàn)以及單軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)四種試驗(yàn)，在進(jìn)行各種巖石力學(xué)試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行次聲信號(hào)采集。對(duì)采集的次聲信號(hào)進(jìn)行小波分解與重構(gòu)，獲得頻率為0~16 Hz的次聲時(shí)域信號(hào)，通過對(duì)次聲時(shí)域信號(hào)特征分析以及波形特性分析，得到以下主要結(jié)論：
　?。?）通過單軸壓縮試驗(yàn)與斜剪試驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)巖石在變剪切破壞形式下中能產(chǎn)生突出次聲波信號(hào)，且在最終巖石試件在應(yīng)力峰值點(diǎn)次聲信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到最大。
　　（2）劈裂

3、破壞過程中次聲信號(hào)與實(shí)驗(yàn)室本底信號(hào)區(qū)別不大，次聲信號(hào)不明顯，劈裂試驗(yàn)次聲現(xiàn)象不明顯存在2種可能：1、劈裂時(shí)產(chǎn)生的次聲信號(hào)強(qiáng)度較小于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境噪聲次聲信號(hào)強(qiáng)度；2、劈裂試驗(yàn)破壞時(shí)大部分聲信號(hào)為高頻信號(hào)，數(shù)據(jù)處理時(shí)已經(jīng)過濾掉而次聲信號(hào)過少。
　　（3）試驗(yàn)過程中次聲傳感器與加載巖石試樣間隔了約2.5 m的空間直線距離，明顯區(qū)別于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)需要傳感器與巖石試樣緊密耦合的方式，說明巖石變形破壞產(chǎn)生的次聲波信號(hào)能通過一定距離空氣傳播，不用通

4、過傳感器直接接觸巖體而能進(jìn)行巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，這使得次聲波的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)更加方便。
　?。?）通過對(duì)巖石單軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)各級(jí)加卸載次聲信號(hào)事件累計(jì)振鈴數(shù)統(tǒng)計(jì)可以看出，在第五級(jí)加卸載階段（約為應(yīng)力峰值80%~90%左右區(qū)段）次聲信號(hào)事件累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)在卸載階段明顯多于該級(jí)加載階段，出現(xiàn)異常。
　?。?）巖石在加載破壞過程中產(chǎn)生的次聲信號(hào)主要頻帶能量分布在1~4 Hz，在應(yīng)力初始階段1~4 Hz頻帶能量占比達(dá)50%左右，隨著加載應(yīng)力的