岩石破坏过程中的声发射特征及其损伤实验研究

【摘要】：本文采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对六种岩性不同的岩石在单轴压缩下的变形、损伤破坏及声发射等相关问题进行了研究。 文中首先对矽卡岩、石英闪长岩、大理岩、粉砂岩、含铜黄铁矿和蛇纹岩进行单轴压缩试验,在压缩试验的同时,使用声发射仪器实时记录岩石破坏过程中产生的声发射信号。通过对比研究这六种不同岩石的变形和声发射特征发现,岩石声发射受到岩石强度、节理裂隙和晶粒软硬大小等的影响;岩石声发射过程存在初始区、剧烈区、下降区和沉寂区,各个阶段是否存在及持续时间与岩石强度、内部缺陷等有关;岩石的声发射事件率特征与能量率特征并不完全一致;岩石的声发射活性除了受其均匀性影响外,还受到岩石的强度影响,强度越小,声发射活性越强;大多数岩石破坏前存在一声发射沉寂区;岩石的破坏前兆是否明显跟岩性有关,相比较而言,岩石破坏时的声发射率前兆比声发射能量率前兆更为明显一些。 在实验分析的基础上,从岩石损伤破坏的微观机理出发,通过理论分析提出了一个符合二参数威布尔分布的统计损伤演化模型,并根据试验中获得的声发射数据对该模型进行拟合。对拟合结果的进一步分析之后,提出对该模型的修正方法。将理论模型与试验结果对比后发现,两者比较吻合,验证了该理论模型的正确性。 最后,运用数值模拟软件RFPA模拟了岩石在不同强度和均质度的情况下,单轴压缩时的损伤破坏及其声发射过程。模拟结果表明,随着均质度的增加,岩石破裂过程中的非线性逐渐减小,脆性逐渐增强,声发射产生得越晚,单个声发射释放出的能量越大;强度越低,岩石的声发射活性越大,越容易产生声发射,破坏时塑性越明显。模拟结果与试验结果基本吻合。