岩石常规三轴峰后加卸载变形破坏声发射规律研究

摘要

岩石材料在发生断裂破坏过程中必然会产生声发射现象。声发射现象是岩石内部裂纹形成、发展，直至岩石破坏的表征现象，对矿山地质灾害的发生过程具有指示作用。目前，对岩石声发射研究主要集中在岩石单轴实验、常规三轴峰前试验等，而对岩石破坏进入峰后阶段的声发射特性研究较少。然而，在实际工程中，采掘工作面周围岩体是经历构造运动产生破坏后重新形成的平衡状态，这种状态从工程的角度来看，类似于室内试验岩样峰后阶段，采掘过程对围岩体的力学作用就是一个加卸载过程。因此，岩石峰后加卸载声发射特性试验研究对分析围压稳定、预防地质灾害具有重要意义。
　　本文重点研究岩石峰后加卸载围压条件下,岩石力学性质与声发射特征之间的内在关系，为建立基于岩体峰后声发射特性为基础的矿山地质灾害预报分析奠定基础。此次试验主要的研究内容及结论如下：
　　（1）在常规三轴压缩岩石变形破坏声发射试验过程中，试件在达到裂纹启裂强度后，出现相对较多的声发射现象，但在启裂强度前，声发射现象相对较少；在试件强度达到其损伤强度σcd后，声发射现象开始趋于活跃。在达到峰值强度前，出现声发射平静期，标志着试件即将发生破坏。在试件达到残余强度后，出现声发射现象相对减少，声发射累计振铃计数整体趋势下降，累计振铃计数曲线斜率趋近于零。
　　（2）在常规三轴残余阶段直接卸围压声发射试验过程中，卸围压之前（即残余阶段），声发射现象相对较少，但开始卸围压一段时间之后，声发射现象开始趋于活跃，所释放出来的振铃计数和能量大幅度增加，并且在卸围压的过程中，随着围压的减小，试件释放出来声发射信号就越多，累计振铃计数曲线斜率的越大。
　　（3）随着围压的增大，损伤强度σcd、峰值强度等力学参数以及幅值、最大振铃计数、能量计数率等声发射参数都有随之增大的趋势，并且围压越高，试件内部所储存的能量也就越大，在卸围压过程中所释放的能量也就越大。
　　（4）对于常规三轴残余阶段的加卸载试验中，无论是循环加卸载还是分级卸载一次加载，加载过程与卸载过程具有相似的声发射特征。
　　（5）在没卸围压之前，初始围压条件下残余阶段内的释放出来的声发射信号比较多，释放出来的能量也比较大；每次开始卸围压后，都会出现大量的声发射信号，并且声发射能量都比上一阶段内的残余强度所释放出来的声发射能量要强，累计振铃计数迅速增加,累计振铃计数曲线与时间的关系曲线的斜率也增大，但是随着卸载次数的增多，试件所释放出来的声发射信号及声发射能量却逐渐减少，接收到的累计振铃计减少，累计振铃计数斜率也随之减小，幅值的大小范围也在逐渐减小，释放出来的能量也有所降低；
　　（6）达到每个围压阶段的残余强度时，声发射信号较为稳定，累计振铃计数曲线斜率较为平缓，在不同围压下的残余阶段下，释放出来的声发射信号强度各不相同，随着围压的减小，声发射信号也随之减少，释放出来的声发射能量也在逐渐减弱。
　　（7）在将围压恢复至初始围压值过程中，刚开始加围压阶段内，接收到的声发射信号较为强烈，累计振铃计数曲线斜率有所增加，但将围压恢复至初始值并保持稳定后再施加轴向应力，施加轴向应力初始阶段，产生的声发射现象较少；继续施加轴向应力，就出现较多的声发射现象，可利用该声发射现象来判断岩块破裂面之间的摩擦力大小；达到残余阶段后，声发射信号较少，累计振铃曲线斜率较小，增长较为缓慢。

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1绪 论

1.1课题学术及研究意义

1.2国内外研究现状综述

1.3研究内容

2 常规三轴全应力-应变过程中声发射特征

2.1前言

2.2试验过程

2.3试验结果分析

2.4本章小结

3 峰后加卸载过程声发射试验结果分析

3.1前言

3.2峰后加卸载声发射试验方案

3.3试验方法及试验结果

3.4峰后加卸载过程声发射规律分析

3.5本章小结

4 加卸载对岩石声发射特征影响

4.1前言

4.2加卸载对岩石声发射特征影响

4.3峰后加卸载声发射特征对比分析

4.4本章小结

5 结论与展望

5.1试验结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目：

B.作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文：