岩石单轴压缩破裂过程中声发射信号特征初探

摘要

岩爆是一种直接威胁施工人员和设备的安全的动力失稳地质灾害，早已成为世界性的地下工程难题，但由于岩爆问题极为复杂，国内外对岩爆发生的机理缺乏系统全面的认识，对岩爆的预测问题始终未能形成一整套成熟的理论方法。岩石的声发射现象作为岩石破坏过程中的一种伴生现象，揭示了岩石内部破坏过程中的许多信息，更是一种预报岩石微裂纹产生及扩展的手段，因此声发射方法对监视岩石或岩体破坏及预报地震有重要价值。分析和研究岩石的声发射信号可以推断其内部的性态变化并反演出岩石的破坏机制，因而可以利用声发射技术来研究在外载荷条件下有岩爆倾向岩石的破坏机理，分析在加载过程中有岩爆倾向岩石的声发射特征有助于了解岩石的岩爆倾向性。
　　 本文分别选用了火山岩、沉积岩和变质岩各自的一种典型岩石进行室内岩石力学实验。进行单轴抗压实验计算三种岩石的岩爆倾向性，在单轴压缩的同时用声发射仪收集整个过程的声发射信号，分析不同岩石的声发射特征，探询岩石的岩爆倾向性与其声发射特征之间的规律，将这些规律与现有评判方法相结合，从而达到更加客观可行地评判岩石的岩爆倾向性，提高岩爆预测的准确性和深化岩爆机理认识的目的。主要得出了以下结果：
　　 (1)得出了三种岩石的岩爆倾向性大小：花岗岩>大理岩>砂岩。
　　 (2)在加载直至破裂的过程中，花岗岩的声发射振铃计数和峰值计数比大理岩和砂岩多。花岗岩的振铃计数在峰值前有比较明显的变化，而大理岩和砂岩则在整个过程中相对较稳定。
　　 (3)在“加载-卸载-重加载”过程中，花岗岩的声发射振铃计数和峰值事件数比大理岩和砂岩的大很多。花岗岩的声发射振铃计数在峰值处发生突增，随后的变化较为剧烈，直至试样破坏(4)三种岩石在两种加载条件下开始阶段的声发射b值都有变大的趋势。大理岩和砂岩的声发射b值的变化较平稳，而花岗岩的声发射b值在峰值应力的50％处出现下降。花岗岩的声发射b值比大理岩和砂岩的要大，砂岩的声发射b值最小。