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岩石加载过程中的波速及其声发射特征研究

张建勇  
【摘要】:岩石是典型的具有非均匀性的脆性材料,内部富含各种缺陷(微裂纹、孔隙、节理裂隙等),在受载过程中其波速会发生变化并伴随大量声发射信号的产生。由于波速变化和声发射信号的产生发生在岩石内部微裂纹的萌生或扩展,波速的变化和声发射信号都包含了岩石内部结构变化的丰富信息。研究和分析波速变化和声发射信号的特征参数对于进一步认识岩石加载过程中内部裂纹的扩展规律以及预测预报矿山现场的冲击地压(岩爆)具有重要的价值。 本文通过岩石声发射实验,监测不同岩石试样受载过程中的波速变化及声发射现象,重点对岩石不同破坏阶段的波速变化及声发射空间分布、声发射率变化特征进行了分析,得到以下结论: (1)在单轴加载过程中,岩石试样达到载荷强度的60%-80%产生裂纹后,波速将明显下降。在循环加载过程中,岩石试样的波速随着载荷的增加而增大,随着载荷的减小而降低,当达到载荷强度的60%-70%时试样产生了一条宏观裂纹,波速迅速下降,在此后的循环中,试样处于低压力区(80KN)的波速要高于高压力区的波速。 (2)波速与声发射在单轴加载过程中的变化,归纳为两种类型。第一种类型是波速的明显降低与声发射的明显增加是同时发生的;第二种类型是波速的明显降低落后于声发射的明显增加。 (3)声发射累计数在一定程度上反映了岩石试样的破坏变形,声发射累计数的特征可以预测试样中裂纹产生与裂纹扩展。 (4)不同岩性试样破坏过程中声发射事件的空间分布反映了内部裂纹萌生和扩展规律。岩石试样破坏前,声发射事件的空间分布位置蕴含了岩石宏观裂纹扩展的趋势并预示着最后宏观裂纹的产生位置,此结果对开展冲击地压(岩爆)预测预报研究具有重要的理论价值。


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