岩石三轴压缩破裂失稳的声发射突变特征及预测研究

摘要

采用MTS815.02电液伺服试验系统和AE21C声发射监测系统对煤和灰岩进行了单轴和常规三轴压缩下的声发射试验，着重对三轴压缩煤岩破裂失稳的声发射特性及预测进行了研究。同时进行了煤样分级加载声发射试验，分析了煤样分级加载蠕变条件下的声发射规律。
　　单轴压缩声发射试验表明煤岩体的变形及破坏是阵发性的。试件的声发射参数特征能够较好地反映了试件内部原生裂隙的压密、新裂隙的产生、扩展、贯通等损伤演化过程。
　　以往岩石三轴压缩声发射试验均是将声发射检波器置于三轴室外壁，这样检波器难以检测到全部真实的声发射信号，且检测到的声发射信号信噪比低。本次试验通过研制放置在三轴室内部的新型声发射实验压头及设备改装，将声发射检波器放置在三轴室内，实现了全面真实声发射信号的可靠接收。在整个加载过程中三轴压缩声发射活动比单轴压缩有所减少，更多的表现为在试件破坏瞬间声发射信号的突然增加，说明在三轴围压条件下试件内部的微裂纹、微孔隙等被压密，增加了试件的整体性。根据声发射试验结果，得到了基于声发射累计振铃计数为损伤变量的岩石三轴压缩损伤模型D1s1=s3-+E1(CDdU)；根据煤和灰岩损伤-应变关系曲线，将试样在围压作用下e2C0的损伤演化过程划分为初始损伤、损伤稳定演化及发展、损伤加速发展和损伤破坏四个阶段。从波的传播机理和声发射特征参数两方面进行分析得到三轴室内接收到的声发射信号具有更加准确、直接、受噪声干扰小等优点。通过小波系数分解，发现可以采用不同尺度上声发射参数最早出现的Lipschitz指数α负值所对应的时间作为煤岩压缩破裂预报时间。
　　利用经验蠕变方程对煤样蠕变破坏三阶段进行拟合，三次多项式e)(t+=e0.1(46tE--)6.3(38tE+-)92.2(67tE-)123（=0.00796）能够很好的拟合蠕e0变三阶段，三个煤样相关系数分别为0.916、0.893、0.934。煤样的声发射特征较好地反映了其蠕变过程中损伤演化过程。

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1 绪论

1.1 课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容、研究方法及技术路线

2 单轴压缩条件下声发射特征试验研究

2.1 声发射简介

2.2 试样制备及实验设备

2.3 单轴压缩声发射试验

2.4 本章小结

3 三轴压缩条件下声发射特征试验研究

3.1 实验设备及实验设计

3.2 煤与灰岩常规三轴压缩试验

3.3 煤与灰岩三轴压缩破坏的声发射特征

3.4 本章小结

4 基于小波分析的煤岩体破裂失稳预测研究

4.1 小波分析原理

4.2 小波分析方法

4.3 声发射信号的去噪处理

4.4 声发射离散小波分析

4.5 煤岩体破裂失稳预测研究

4.6 本章小结

5 煤样蠕变声发射特征试验研究

5.1 煤样蠕变试验

5.2 煤样蠕变声发射特征及损伤演化分析

5.3 本章小结

6 主要结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果