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1、巖石長(zhǎng)期承載過(guò)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(hào)并進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)十分重要。室內(nèi)聲發(fā)射試驗(yàn)研究作為動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)的重要研究方法,對(duì)于掌握巖石失穩(wěn)破壞的信號(hào)特性具有重要價(jià)值。本文對(duì)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?cè)囼?yàn)聲發(fā)射試驗(yàn)研究。采用LabVIEW語(yǔ)言及MATLAB程序語(yǔ)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(guò)程中不同時(shí)期的聲發(fā)射信號(hào)頻譜特征;基于單軸壓縮過(guò)程中聲發(fā)射振鈴和
2、事件數(shù)的信號(hào)特性,評(píng)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(hào)。
紅砂巖及花崗巖單軸壓縮過(guò)程中,損傷累積的聲發(fā)射信號(hào)特征與幾何變形趨勢(shì)一致,體積擴(kuò)容所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力閾值下聲發(fā)射突變信號(hào)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(hào)增幅加大,且破壞之前信號(hào)強(qiáng)度變化尤為強(qiáng)烈,破壞前兆信號(hào)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(guò)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(duì)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(hào),聲發(fā)射撞擊信號(hào)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(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)的頻譜特性為:減速蠕變階段,聲波多低頻信號(hào)且波動(dòng)幅值較低,多為突發(fā)性信號(hào);穩(wěn)態(tài)蠕變階段的高頻信號(hào)增加,振幅也相應(yīng)增大;在加速蠕變階段,高頻與低頻信號(hào)同時(shí)增加,波動(dòng)幅值減小。
本論文對(duì)花崗巖和紅砂巖進(jìn)行了單軸壓縮和蠕變過(guò)程的聲發(fā)射試驗(yàn),通過(guò)分析聲發(fā)射信號(hào)特征研究了這兩種巖石的破壞和蠕變特性,從而掌握長(zhǎng)期承載過(guò)程中的失穩(wěn)破壞前兆信號(hào)。這對(duì)深入認(rèn)識(shí)巖石損傷破壞的力學(xué)機(jī)理、礦井災(zāi)
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