岩石张拉及剪切破裂声发射震源机制分析

选取花岗岩,开展三点弯曲和剪切加载条件下声发射试验,采用单纯形算法与矩张量理论分析了不同破裂类型微裂纹的时空分布特征.研究结果表明:在加载过程中,三点弯曲试样总体上以张拉型破裂为主,岩石最终破坏时,张拉型裂纹所占比例超过50%;剪切试样以剪切型破裂为主,最终剪切型裂纹所占比例超过60%.声发射事件的群集区域和矩张量分析结果与最终的岩石破裂结果相一致,说明矩张量理论能够定量描述岩石在加载过程中张拉应力、剪切应力的分布和迁移规律,这为岩石破裂过程中微裂纹的相互作用和贯通机制提供了良好的分析手段.     

不同岩石声发射活动特性的实验研究

应用声发射及其定位技术,对不同岩样破裂过程的声发射活动规律进行实验研究,借以揭示不同岩样的破裂失稳机理.实验结果表明:几种岩石的破坏模式相同,均发生劈裂破坏;在相同实验条件下,在初始加载时,5种岩样产生的声发射事件均比较少;随着载荷的增加,不同岩石的声发射活动表现并非一致,砂岩在整个加载过程产生的声发射事件数最少,而花岗岩产生的声发射事件数最多;砂岩和花岗岩(红色)其声发射事件变化率非常明显,在破坏前无任何征兆;由于声发射事件定位是时差定位法,岩样波速影响着声发射事件的定位,砂岩、大理岩(黑色)及花岗岩(红色)等岩样没有得到定位结果;而花岗岩与大理岩的声发射定位结果,直观反映了其内部裂纹初始、...     

基于声发射监测的巴西盘试样破裂过程

应用声发射及盖格尔定位算法,实验研究了不同巴西盘岩样加载破裂失稳过程.结果表明:声发射事件主要由于裂纹扩展产生,在初始加载阶段直至裂纹萌生之前,其声发射活动不是很明显;一旦岩样出现初始裂纹,在相应的应力点声发射事件明显增多;在微裂纹扩展的非稳定阶段至岩石破坏瞬间,声发射活动变得异常活跃,声发射事件变化率最大.由此直观反映了巴西盘试验过程初始裂纹的产生、扩展空间位置及扩展方向,即大部分试样的破坏是从一加载端开始,而少数试样的初始裂纹是在岩样的内部产生.同时,声发射事件定位也是岩样内部应力场演化过程的宏观表现,这对于深入研究岩石破裂失稳机制很有意义.     

基于声发射技术的花岗岩破裂特征试验研究

为了揭示花岗岩岩爆的先兆信息和破裂特征,进行深埋隧道花岗岩的单轴压缩岩爆试验,采用连续声发射采集系统,结合力学特性与声发射特征、频谱演化特征、矩张量与r(RA与AF的比值)分析,探讨单轴加载条件下花岗岩的岩爆特征和声发射特征演化规律.研究结果表明:花岗岩试样应力-应变曲线、应力事件对应曲线和声发射定位结果均揭示其在单轴...     

基于矩张量反演的矿山突水孕育过程

为实现矿山突水孕育过程中岩石破裂事件的有效分析,利用河北矾山磷矿所监测的异常微震事件,引入基于数字地震学的矩张量反演方法。矿井尺度的震动位移场可表示为矩张量与格林函数的时间褶积。通过提取微震事件位移场资料,并计算格林函数(震源至传感器之间传播介质的脉冲响应),线性反演了微震事件的矩张量,并利用微震事件的破裂方位判别了其破裂类型。随后建立微震监测三维效果图,拟合出岩石破裂面发展趋势,并初步确定了突水危险区域范围。研究表明,矩张量反演方法能够计算出微震事件震源机制解,可有效反映矿山突水孕育过程中岩石破裂的形成过程及发展趋势。     

不同围压下煤岩声发射特征试验

利用MTS815岩石力学试验系统对煤岩试样进行常规单轴和三轴围压下的声发射(AE)试验.对声发射信号特征进行综合分析,结果表明:常规单轴压缩和围压作用下试样的AE参数变化均具有明显的趋势性;围压的作用下,弹性阶段的声发射信号显著减少,破坏前无明显AE相对平静期现象,随时间分布的AE振幅及其包络线可以间接反映应力的变化趋势.随着振幅的增加,声发射事件数呈递减的趋势,反映累积幅度分布的m值随着围压的增加而增大.AE频率均分布在3个频域范围内,试样破坏时AE主频成分所占比例显著增加.     

基于声发射活动参数的岩石破裂过程应力阈值确定

在实验室应用声发射监测系统,对25块花岗岩样进行单轴压缩实验.通过连续实时监测花岗岩样破裂全过程中事件率、累计能量、能率、持续时间和振幅等声发射源特征参数的变化规律,获得岩样破裂过程各加载阶段的应力阈值.将岩石试件破裂全过程中各个阶段的应力阈值与峰值强度进行比较,并与以往实验结果对比,发现岩石变形特性和裂纹演化规律具有统一性.     

含硬包体岩石破裂演化过程的声发射数值模拟

从岩石的损伤模型出发，推导了受到损伤岩石的单元刚度矩阵，采用声发射数值模拟方法研究了含有硬包体岩石的破裂演化过程，研究了硬包体的形状对岩石破裂演化过程的影响，确定了主破裂即将发生的临界状态，研究了围压条件对岩石破裂演化过程的影响．论文工作对于进一步研究含有随机裂纹与硬包体同时存在的岩石破裂演化过程以及研究地震空区和条带的生成条件具有较重要的参考意义。     

岩石(体)声发射特征综述

因模型试验和数值仿真对岩体的局限性,应用岩体声发射技术监测评价岩体工程的稳定性不可缺少,有时是唯一不可替代的技术之一.岩体监测预报,曾普遍应用0～1 kHz的低频声发射仪,仅用事件和能率作为预报参数,加上复杂岩体的声发射特征还认识不清,且没有很好的噪音剔除方法,使得采集频带可能过宽,信号接收的敏感性可能偏低,预报判据有时很不充分,监测很容易受环境干扰.本文简要叙述了近年发现的岩石(体)声发射的一些特征,据此提出了岩体声发射技术研发的若干建议,包括仪器改进与完善,噪音剔除新方法研究和复杂岩体AE特性研究等.     

含孔花岗岩破裂过程不同区域声发射特征

利用孔洞对声发射(AE)传播的阻隔作用,对AE探头监测区域进行分区.通过含孔花岗岩双轴加载破坏过程的AE多通道监测实验,研究了岩石变形破坏过程不同区域AE特征及其与破坏模式之间的关系.结果表明:试件的AE探头监测区域分为独测区、共测区、盲测区;试件共有两种破坏形式,“V”型和贯穿型;对于“V”型破坏的试件,主破裂发生在独测区,各通道的AE特征明显不同;对于贯穿型破坏试件,主破裂发生于共测区,各通道的AE特征较为相近.     

集料性状对高强混凝土断裂和声发射特性的影响

计算不同粗集料粒径、不同集料体积率和不同种类粗集料混凝土断裂能和断裂韧性；测试混凝土断裂时的声发射事件数；分析了集料性状对混凝土断裂性能的影响以及声发射事件数和断裂性能的关系。     

岩石破裂的微观过程与声发射

依据声发射测试原理,建立了微裂纹成核时声发射率与应力,晶粒直径、位错数目的定量表达式,表明晶粒大小对声发射有较强的控制作用。晶粒断裂时,声发射参数与单轴应力、断裂指数有关,即声发射与材料的性质及应力状态有关。对于有预制裂纹的试样,低脆性岩石声发射与裂纹尖端塑性区大小有关,指数b取决于材料的强度特性;高脆性岩石声发射主要受裂纹扩展速率控制。     

Moment tensor analysis of the acoustic emission source in the rock damage process

To further investigate the mechanism of acoustic emission (AE) in the rock fracture experiment, moment tensor analysis was carried out. The AE sources characterized by crack sizes, orientations and fracture modes, are represented by a time-dependent moment tensor. Since the waveforms recorded by AE monitors correlate to the moment tensors, we prefer to select the P wave amplitude from the full-space Green's function of homogeneous and isotropic materials to determine the six independent components of the moment tensor. The moment tensor analysis was used to investigate the AE sources recorded in the experiment, and three types of micro-cracks were found, which are tensile mode, shear mode and mixture of the tensile and shear mode. In addition, the motion of micro-cracks was decided by eigenvectors of moment tensor. Results indicate that the moment tensor analysis may be used as a measurement to reflect the damage evolution of rock specimen.     

基于声发射监测的砂轮磨损实验

难加工材料的高硬度和高耐磨性使得磨削加工过程中砂轮的损耗变快,目前主要依靠经验判断砂轮的修整和更换周期,很有可能导致修整不及时的情况发生.本文用声发射信号和磨削力信号共同精确监测砂轮磨损状态,通过分析不同磨损状态的砂轮磨削时对应的声发射信号的特征参数以及磨削力和磨削力比的变化情况,综合判断了实验过程中砂轮的磨损状态.结果表明:声发射信号特征参数都与砂轮磨损状态有一定相关性,且磨削力比与砂轮磨损程度的相关性最大,证明了声发射监测技术在砂轮修整中的有效性,为实际生产加工提供了理论指导.     

诱导冒落的声发射特性研究

采用RFPA软件,模拟不同应力场、不同节理分布的岩体冒落过程中声发射特征.研究表明:水平节理顶板声发射集中分布于采场上拱角处;竖向节理顶板声发射沿着竖向损伤破坏面和剪切破坏面分布;共轭节理顶板声发射沿着空区与水平面呈45°+φ/2方向,位于节理端部;高应力岩体声发射沿着采场竖墙发生,声发射沿着冒落拱形迹线分布.冒落过程声发射的能量变化分为两个阶段,第一阶段为平稳阶段,第二阶段为突变阶段,结果表明突变阶段的能量变化率为第一阶段的5倍以上时,可作为顶板冒落的判据,为工程预测塌陷及冒落提供指导.     

各向异性岩体破坏过程声发射测量及其定位实验研究

应用改进后的声发射设备,实验测量了花岗岩试样在单轴压缩加载条件下变形破坏过程中声发射现象;讨论分析了该试样损伤破坏过程中的诱发微裂纹相互作用、积累等.同时采用对速度结构依赖较少的相对定位方法,对非均质岩石试验中的声发射事件进行了定位研究.结果表明,相对定位方法可用于复杂试样和工程岩体的声发射事件定位,其可靠性及精度比以往有所提高,能够初步定量分析岩石在外载荷作用下的破坏过程的定位问题,对于工程岩体破坏问题分析具有很好的借鉴意义.     

单轴压缩作用下CFST柱的声发射特征

通过对不同配筋率和不同壁厚钢管混凝土(CFST)柱进行单轴压缩声发射试验,对比分析了各试件破坏全过程的声发射信号特征.试验结果表明:试件的整个破坏过程可分为弹性段、弹塑性段、强化段和失效段四个阶段,声发射特征参数变化与试件破坏过程表现出较好的对应关系.声发射累积能量和累积撞击数均随荷载的增加而稳步增加;b值经历了缓慢上升、平稳波动、迅速下降的变化,反映了试件内部裂纹的逐步扩展情况;通过对声发射RA值、AF值分析可知,钢管混凝土柱的破坏过程既产生拉伸型裂纹又产生剪切型裂纹,随着荷载的增大,破坏中剪切型裂纹所占比例逐渐增多.研究表明声发射技术可以有效监测轴压下钢管混凝土柱的损伤状态.