岩体中电磁辐射信号的产生与传播

从压电效应机制出发,研究岩体在应力波作用下电磁辐射的传播规律.研究结果表明,岩体中电磁辐射随岩体的初始损伤增大而减小,随传播距离发生衰减,在应力波源处信号最强;随压电系数以及岩体的波阻抗增大而增大;随电阻率增大而增大,相对其它4个参数而言,其影响幅值较小.研究结果与现有的室内实验及现场观测结果相吻合.     

非线性法向变形节理对岩体电磁辐射传播 的影响研究

 为了明确非线性节理对岩体电磁辐射传播过程中强度的影响,从压电效应机制出发,给出含石英等压电介质岩体在应力波作用下所产生的电磁波与入射应力波之间的关系。并依据两者之间的关系及应力波在非线性节理面的透反射解,获得应力波作用下岩体电磁辐射强度变化与节理参数之间的关系表达式。同时,研究节理的变形和入射波频率对电磁辐射强度的影响。结果表明,在震源中心,电磁辐射强度最大,随传播距离发生衰减。电磁辐射强度随节理变形增大而增大;并且随着传播距离的增大,高频电磁信号衰减比低频信号衰减要快得多。     

Piezoelectric responses of brittle rock mass containing quartz to static stress and exploding stress wave respectively

The electromagnetic emission（EME） induced from the rock containing piezoelectric materials was investigated under both static stress and exploding stress wave in the view of piezoelectric effect. The results show that the intensity of the EME induced from the rock under static stress increases with increasing stress level and loading rate; the relationship between the amplitude of the EME from the rock under different modes of stress wave and elastic parameters and propagation distance was presented. The intensity of the EME relates not only to the strength and elastic moduli of rock masses,but also to the initial damage of the rock. The intensity of EME induced by stress wave reaches the highest at the explosion-center and attenuates with the propagation distance. The intensity of EME increases with increasing the elastic modulus and decreases with increasing initial damage. The results are in good agreement with the experimental results.     

应力波作用下岩石声发射实验研究

在霍普金森（SHPB）冲击系统上进行了应力波作用下岩石声发射实验,获得了该加载条件下岩石破裂的声发射规律。实验结果表明,应力波下,声发射峰值能量之前所出现的声发射信号相当匮乏;而且其能量规律呈现出两种明显不同的特征：I型,声发射峰值能量之后,能量迅速衰减,到了加载的末期,能量出现了一定的回升,产生了“拐点”;II型,声发射峰值能量之后,能量衰减相对I型较慢,且不出现“拐点”。研究结果表明,声发射的能量特征与岩石破碎的程度密切相关;冲击载荷作用下岩石的声发射不仅仅是裂纹信息的反映,其中也包含了对应力波信号的反映。     

高温后砂岩冲击破坏前兆的试验研究

对高温后砂岩样品,在SHPB实验装置上进行了冲击试验,获得了高温后砂岩应力应变曲线,试验结果表明,砂岩动载强度基本上随着温度升高而降低。利用预测岩石宏观破坏前兆现象的能量加速释放理论(AER)对试验数据进行拟合,得到表征能量加速释放程度的参数值均小于1,表明在岩石试件最终破坏之前,弹性应变能呈加速释放。参数z随着温度升高而升高,表明岩石临破坏前能量加速释放的程度随温度升高而降低。研究工作进一步完善和发展了能量加速释放理论（AER）,首次运用能量加速释放理论揭示高温后岩样在冲击载荷下临破坏的能量释放特征。     

应力波作用下岩体结构面对电磁辐射传播的影响

为进一步明确岩体结构面对电磁辐射传播的影响，考虑到节理的存在是岩石分层的本因，用麦克斯韦模型对含水节理进行模拟，结合压电方程，获得了节理岩石中电场随节理参数变化的解析解，在此基础上，分别研究了单一介质和复合介质中节理对电场幅值的影响。结果表明：含水节理的存在使得电场幅值降低，电场的能量发生衰减；电场幅值随节理的黏性系数和刚度增大而增大；相对于频率而言，低频时黏性系数对电场幅值的影响更大。对于复合介质，采用固定变量法，电场随单一参数的变化趋势是明确的，但如果考虑实际多项因素组合的复杂性，电场幅值的变化需要按影响因素的权重进行具体分析。