弧形加載下方向偏轉(zhuǎn)對(duì)圓盤試件聲發(fā)射特征及應(yīng)力分布的影響研究.pdf

1、隨著采礦工程的迅速發(fā)展以及地下工程的建設(shè)需要，原巖應(yīng)力測(cè)定在采礦和巖土工程中顯得越來越重要。目前應(yīng)用廣泛的原巖應(yīng)力測(cè)定方法成本相對(duì)較高，聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)法因其測(cè)試成本比較低在國(guó)內(nèi)外越來越受到重視，為原巖應(yīng)力測(cè)定開辟了一條新的途徑。但在利用Kaiser效應(yīng)測(cè)定地應(yīng)力的實(shí)際使用過程中一些問題一直都沒得到較好的解決，比如應(yīng)力水平、溫度、濕度、巖石試件的取樣與最大主應(yīng)力的夾角等因素對(duì)Kaiser效應(yīng)法對(duì)地應(yīng)力測(cè)定精度的影響，這些因素的不確

2、定性阻礙了該方法的進(jìn)一步推廣。其中，加載方向與主應(yīng)力方向成一定角度時(shí)，Kaiser效應(yīng)的存在與否以及測(cè)量的精度直接影響測(cè)定結(jié)果的可靠性。
　　本文以重慶地區(qū)砂巖為研究對(duì)象，利用WAW-1000型電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)和PAC公司的PCI-2型全數(shù)字化聲發(fā)射信號(hào)采集系統(tǒng)分別對(duì)弧形加載包圍角度為60°、30°和10°的三種情況下，四種圓盤試件（不含裂紋、含一個(gè)預(yù)制裂紋、含兩個(gè)預(yù)制裂紋和含四個(gè)預(yù)制裂紋）在第二次加載方向有所改變的情況下進(jìn)行了加

3、卸載循環(huán)試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)條件下的聲發(fā)射特征進(jìn)行了分析，并對(duì)試驗(yàn)中試件破壞時(shí)裂紋的擴(kuò)展分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，取得的成果如下：
　?、龠\(yùn)用斷裂力學(xué)的基本知識(shí)，通過對(duì)含有中心單裂紋和多裂紋圓盤模型應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)：
　　1）對(duì)于單裂紋模型，在荷載的分布角γ一定時(shí)，隨著裂紋面方向與荷載方向的夾角θ0的增大，Κ*Ⅰ值逐漸減小，Κ*Ⅱ值逐漸增大；在裂紋面方向與荷載方向的夾角θ0不變時(shí)，隨著荷載分布角γ得增大，應(yīng)力強(qiáng)度因子Κ*Ⅰ和Κ*Ⅱ都

4、減小；
　　2）對(duì)于多裂紋模型，隨著損傷變量D的增加，裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子非線性減小，裂紋越稀，翼型裂紋貫通時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度越小。
　?、诓捎没⌒渭虞d方式，對(duì)四種重慶砂巖圓盤試件（不含裂紋、含一個(gè)預(yù)制裂紋、含兩個(gè)預(yù)制裂紋和含四個(gè)預(yù)制裂紋）在不同包圍角度下第一加載方向上進(jìn)行加卸載試驗(yàn)后，偏轉(zhuǎn)一定角度再次進(jìn)行加載，對(duì)弧形加載條件下再次加載偏轉(zhuǎn)5°、10°、15°、35°和60°時(shí)的Kaiser效應(yīng)進(jìn)行了研究；通過弧形加載的方式，對(duì)

5、圓盤試件試驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，使加載方向可以偏轉(zhuǎn)任意的角度，并得出結(jié)論：
　　1）通過對(duì)相同包圍角度下不同試件偏轉(zhuǎn)相同角度時(shí)聲發(fā)射特性的研究發(fā)現(xiàn)：在0°～60°范圍內(nèi)，第二加載方向的聲發(fā)射特征對(duì)第一方向加載歷史具有記憶性，并且隨著偏轉(zhuǎn)角度的增大，Kaiser點(diǎn)的清晰程度減弱，Kaiser效應(yīng)逐漸變得不明顯；
　　2）不同試件在相同的包圍角度下，破壞荷載值由大到小的排列排序?yàn)椴缓鸭y試件、含一個(gè)預(yù)制裂紋試件、含兩個(gè)預(yù)制裂紋試件、含四

6、個(gè)預(yù)制裂紋試件；
　　3）同類試件在不同包圍角度的墊塊下，聲發(fā)射計(jì)數(shù)率和累計(jì)聲發(fā)射數(shù)由大到小排序?yàn)椋?0°包圍角度、30°包圍角度、10°包圍角度。
　　③對(duì)含兩條裂紋試件和含四條裂紋試件的在不同包圍角度下的新裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展以及試件的破壞模式進(jìn)行了分析。在包圍角度為60°的墊塊下加載時(shí)，試件的破壞以剪切破壞為主；在包圍角度為30°和10°的墊塊下加載時(shí)，試件的破壞以拉剪復(fù)合破壞和翼型裂紋和預(yù)制裂紋貫通破壞為主。隨著墊塊包圍