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大姚铜矿砂岩力学和声发射特性及破坏规律分形研究

张博  
【摘要】:岩石是自然界中较典型的非均质材料,力学性质各向异性,复杂多变,它在受力变形破坏过程中其内部微裂纹的萌生、扩展、贯通直至最终形成大量宏观裂纹而失去承载能力。声发射技术是研究岩石破坏规律的一种声学方法。通过对岩石声发射信号参量的分析和研究,可以推断岩石内部性质的变化过程,反演岩石的破坏机制。 分形几何是研究在统计意义上具有自相似性的事物的一个数学分支,其包含的重要特征量一分形维数,是一个可用于研究众多看似杂乱无章的复杂物理现象的不可多得的有力工具。大量实验已经证明,岩石的声发射序列无论是在空间上还是时间上都具有分形特征。本论文采用的G-P算法来获取岩石声发射时间序列的关联维数,进而研究其在岩石破坏过程的演变规律。 本文研究了应变加载方式下的单轴压缩试验及循环加载试验中两种砂岩的破坏特性和声发射特性,并对声发射的特征参数振铃计数进行了时间序列的分形分析。主要内容如下: (1)对所取的大姚铜矿红色砂岩和灰色砂岩两种砂岩岩样制备了圆柱形试件,以0.1mm/min的速率进行了单轴压缩破坏全过程试验,并且以相同速率进行了上限为峰值应力对应应变的70%、下限为峰值应力对应应变的30%的单次循环加载试验。分析了加载过程中的岩石破坏特性。 (2)试验过程中同步记录了声发射信号,对试件的振铃计数、事件率和能量等声发射特征参数与应力之间的关系进行了分析,初步得出了岩石的声发射规律。 (3)介绍分形理论及并选取关联维数做为计算对象,利用MATLAB计算软件编程对关联维数进行计算,对岩石加载过程中的声发射时间序列的关联维数演化规律进行分析。 (4)通过分析关联维数与应力和时间之间的关系,研究在时间坐标轴下关联维数的变化规律,用以判断声发射时间序列关联维数对于岩石破坏的前兆研究的参考价值。


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