加載方向對巖石Kaiser效應的影響研究.pdf

1、由于采礦、水利水電、土木建筑、鐵道、公路等工程需要，如何準確的測定地應力一直以來都是一個重要的課題。利用巖石的Kaiser效應測定地應力的聲發(fā)射方法，因為其經濟、便捷，發(fā)展?jié)摿涫荜P注。但在利用Kaiser效應測定地應力的實踐中，很多問題一直都沒得到較好解決，阻礙了該方法的推廣。其中較為突出的問題就是關于加載方向變化對Kaiser效應的影響，比如，因圍壓引起的大主應力的方向變化、因取樣偏差引起的測量誤差、隨著工程進行引起地應力場的改變等

2、都涉及到加載方向變化對Kaiser效應的影響。最主要的是Kaiser效應方向獨立性問題，將直接影響Kaiser效應測定地應力可信度。所以，加載方向對Kaiser效應影響的研究有待進一步深入。
　　本文所作主要工作和基本結論如下：
　?、賻r石Kaiser點的判斷方法研究
　　由于目前Kaiser點的判斷方法上大多都只是從主觀上進行判斷，對于可以量化的Kaiser點判斷方法研究不深，而這些方法在實際應用中也沒有發(fā)揮其應有的

3、作用。本文首先對Kaiser點的判斷方法進行了較為全面的歸納整理，對這些方法的原理作了較為詳細的介紹，對各自的優(yōu)缺點進行了對比，對一些細節(jié)處理問題給出了使用過程中的經驗建議，并對各種方法實現(xiàn)的進行了Matlab編程；同時對不同特征參數和不同應力水平下的Kaiser效應點的清晰程度進行了對比。研究發(fā)現(xiàn)：1)從不同特征參數的角度，Kaiser點的清晰程度依次為累計AE能量曲線>累計AE振鈴曲線>累計AE事件數曲線，雖然累計AE能量曲線更為清

4、晰，但同時可能帶來不必要干擾點，建議采用累計振鈴曲線；2)就不同應力水平而言，結果顯示：超過一定應力水平后Kaiser點清晰程度隨應力水平增加而減弱。
　　②理論分析
　　基于Kaiser效應是由于裂紋發(fā)展這個假定，從斷裂力學的角度，對加載方向對Kaiser效應影響進行了嘗試性分析和思考。對無限二維空間中遠場拉應力和壓應力下穿透型裂紋以及三維空間中圓形裂紋在應力方向與裂紋成不同角度時裂紋發(fā)展的臨界應力變化規(guī)律進行了研究。分析

5、發(fā)現(xiàn)：1)單一方向的同一類型裂紋，其偏轉一定角度后的Kaiser效應，具有唯一對應性，僅與偏轉角度有關，但其所記憶荷載并非該方向正應力；2)對于具有多方向或多類型裂紋的情況，Kaiser效應明顯程度將減弱。3)遠場拉應力下空間圓盤裂紋分析得到的Kaiser效應變化規(guī)律與本文試驗結果幾近一致。
　　③試驗研究
　　采用劈裂試驗，對圓盤形砂巖和少量凝灰?guī)r試件第一方向進行加載后，偏轉一定角度再次進行加載，對劈裂條件下再次加載偏轉5

6、°、15°、30°、45°、60°和90°的Kaiser效應進行了研究；同時，針對目前一般試驗方法存在的諸多不足，本文制作了正十二邊形、正八邊形、正六邊形、正方形等多組多邊形試件，通過對多邊形試件相鄰邊分次加載的方式，對單軸壓縮條件下加載方向偏轉30°、45°、60°和90°的Kaiser效應進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)：1)偏轉一定角度后，第二加載方向的聲發(fā)射特征對第一方向加載歷史具有記憶性；且該記憶性在偏轉0°到60°的較大幅度范圍內都存在