不同含水率砂岩声发射特性研究与应用

摘要

地下开采的大部分岩体处于一定程度的含水状态,因此通过对不同含水状态砂岩的单轴压缩声发射试验,研究不同含水状态岩石的变形特征、力学性质以及声发射特性等,为应用声发射技术监测矿山矿柱等工程安全提供参考和理论指导,对工程实际有重要意义。
　　主要有以下研究成果:
　　(1)实验室条件下进行了砂岩试件的自由吸水膨胀试验,发现砂岩的轴向和横向上的自由膨胀应变与含水率呈良好的线性关系;两个方向上的膨胀应变与浸水时间呈对数关系。
　　(2)对不同含水状态砂岩进行了单轴压缩试验,结果表明:弹性模量、抗压强度随着含水率的增加而减小,峰值应变随着含水率的增加而增大;干燥状态的砂岩临近破坏时表现出一定程度塑性变形,而天然状态和饱和含水状态砂岩这种现象有所弱化,含水率越大,弱化越明显,脆性破坏越显著。
　　(3)对不同含水状态砂岩进行了单轴压缩声发射试验,结果表明:水分对岩石声发射特性是有显著影响,试件声发射参数都随着含水率的增加而减小;干燥试件破坏声发射前兆较含水状态明显,天然状态与饱和含水状岩石在破坏前都经历一段平静期,破坏的前兆时间短,信息少。
　　(4)声发射曲线可以反映岩样内部微裂纹的演化过程,岩石因外载荷作用而产生的机械损伤具有单调增长性,这种机械损伤可以通过岩样声发射振铃计数或能量计数来定义,能较好的反映岩石内部的损伤演化过程。
　　(5)利用数值模拟软件RFPA2D模拟了不同均质度条件下岩石的变形与声发射规律,结果表明:单轴压缩条件下均质度较低的岩石峰值强度较低;随着均质度的增大,岩石损伤演化体现出十分强的脆性破坏形式,并且峰值强度明显提高;随着均质度的增高,破坏前声发射征兆越不明显,岩石声发射变现象比较集中,基本出现在岩石压溃一瞬间,声发射能量突然释放,体现出十分强的破坏性。
　　(6)选用声发射监测仪和光应力计对竖井附近矿柱进行稳定性联合监测,预判该监测点处于稳定期。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 声发射检测概述

1.3 研究现状

1.4 目前研究中存在的问题

1.5 研究内容与方法

1.6 技术路线

第二章 岩石吸水规律测试

2.1 引言

2.2 岩石膨胀本构模型

2.3 砂岩吸水规律试验

2.4 数据计算

2.5 结果分析

2.6 本章小结

第三章 不同含水状态砂岩单轴压缩声发射试验

3.1 试验材料

3.2 试验设备

3.3 试验参数设置与步骤

3.4 试验结果与分析

第四章 不同含水状态砂岩物理力学特性研究

4.1 引言

4.2 岩石试样的破坏机理及理论分析

4.3 变形规律分析

4.4 物理力学性质分析

4.5 岩石的破坏形态

4.6 本章小结

第五章 不同含水状态砂岩声发射特性研究

5.1 引言

5.2 试验结果与分析

5.3 本章小结

第六章 不同含水状态砂岩损伤分析研究

6.1 引言

6.2 载荷作用下的岩石损伤

6.3 岩石单轴加载损伤分析其他模型

6.4 本章小结

第七章 不同均质度岩石单轴加载损伤及声发射特性数值研究

7.1 引言

7 .2 RFPA基本原理

7.3 数值模型

7.4 结果分析

7.5 本章小结

第八章 声发射监测工程应用

8.1 地质概况

8.2 岩体声发射监测仪简介

8.3 仪器安装与设置

8.4 监测结果与分析

8.5 本章小结

第九章 结论与展望

9.1 文章主要结论

9.2 今后研究的展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果