单轴压缩条件下岩石及充填体声发射特性对比分析

摘要

为了研究岩石及充填体的声发射特性及两者之间的异同,分别对制备的砂岩、千枚岩、尾砂胶结充填体及废石胶结充填体试件进行单轴压缩条件下的声发射试验,获取了试件破坏全过程中的力学参数和声发射参数,并记录了波形数据。分别计算了砂岩、千枚岩、尾砂胶结充填体及废石胶结充填体的声发射b值,并结合累计振铃计数和声发射事件率曲线分析了破坏过程中的变化特点。以峰值应力比为桥梁,对比分析了不同应力水平下的声发射b值变化趋势。论证了砂岩、千枚岩、尾砂胶结充填体及废石胶结充填体的各声发射参数均具有分形特征,并确定了计算各声发射参数分形维数时相空间维数m的取值,同时对不同应力水平下的各声发射参数的分形维数D值的变化情况进行了研究,然后以峰值应力比为桥梁,对比分析了各声发射参数的分形维数D值变化趋势,同时对预测砂岩、千枚岩、尾砂胶结充填体及废石胶结充填体破坏时声发射参数的选择进行了优化。提取了砂岩、千枚岩、尾砂胶结充填体及废石胶结充填体破坏时声发射信号,对每个声发射信号进行EMD分解,并从相关系数、能量和主频三个方面对各组IMF分量进行了对比分析,主要研究结论如下:
　　(1)在加载初期,砂岩、千枚岩、尾砂胶结充填体及废石胶结充填体的声发射b值在较低水平范围内波动,而在到达峰值应力的95％后,各试件的声发射b均出现了明显的降低现象。
　　(2)砂岩、千枚岩和废石胶结充填体的声发射事件率均在接近峰值应力时明显变大,而尾砂胶结充填体的声发射事件率在临近破坏时反而呈现出一定程度的下降趋势,即尾砂胶结充填体的声发射事件率存在“平静期”。
　　(3)砂岩、千枚岩、尾砂胶结充填体及废石胶结充填体的各声发射参数均具有分形特征。
　　(4)综合各声发射参数的分形维数变化情况,砂岩依次优先采用能量分形维数、幅度分形维数、振铃计数分形维数预测试件的破坏;千枚岩、尾砂胶结充填体、废石胶结充填体均依次优先选择能量分形维数、振铃计数分形维数和幅度分形维数预测试件的破坏。
　　(5)砂岩、千枚岩、尾砂胶结充填体和废石胶结充填体的破坏时声发射信号的能量分别主要集中在第一个、前两个、前五个和前四个IMF分量上。
　　(6)砂岩、千枚岩、尾砂胶结充填体及废石胶结充填体的声发射信号的各IMF分量的主频均随分解的不断进行而不断减小,且砂岩、千枚岩和废石胶结充填体的第一个IMF分量的主频较高,均达到了150kHz以上。
　　(7)砂岩、千枚岩和尾砂胶结充填体的第一个IMF分量与原信号的相关性均较好,相关系数均达到了0.75以上,而废石胶结充填体的两组信号第一个IMF分量与原信号的相关性较差,相关系数均不足0.2,但第二个IMF分量与原信号的相关性较好,相关系数均达到了0.8以上。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 研究目的与研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容与方法

第二章 声发射技术与声发射试验

2.1 声发射技术

2. 2声发射实验

2.3 本章小结

第三章 岩石及充填体声发射b值及分形特性分析

3.1 声发射b值的计算方法

3.2 岩石及充填体声发射b值分析

3.3 岩石及充填体声发射b值对比性分析

3.4 岩石及充填体声发射分形特征

3.5 岩石及充填体分形特征对比性分析

3.6 本章小结

第四章 岩石及充填体声发射信号EMD分解

4.1 引言

4.2 EMD原理

4.3 声发射信号EMD分解

4.4 基于EMD的岩石及充填体对比性分析

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文