加卸荷条件下岩石力学特性与声发射特征

为了探究真三轴复杂应力变化条件下岩石强度及破坏模式,通过真三轴卸荷扰动测试系统对砂岩试件进行不同第二主应力加卸荷试验,讨论在加卸荷过程中岩石的力学特性及声发射特征。试验结果表明:第二主应力的增加对试件的承载能力起到先增强后弱化的效果;不同第二主应力加卸荷声发射能量及累计振铃计数变化趋势大体一致,耗散能量比在载荷达到岩石损伤强度时突增;声发射能量峰值提前于试件轴向应力跌落,声发射能量和累计振铃计数大幅突增可作为岩石破坏的前兆;在低载荷下岩石中活动主要是裂隙压密与发育,在达到岩石损伤强度后岩石中的活动主要是裂纹贯通形成破裂面,砂岩试件声发射定位点集中区域与试件主要破裂面基本吻合。     

岩体声发射特征现场测试

在矿山井下巷道中采用静态胀裂剂破裂岩体、检测记录这一过程中的声发射（AE）信号。结果表明,岩体声发射活动峰值宏观裂纹出现,声发射信号频谱分布范围宽广,信号在岩体中传播时衰减十分迅速。     

真三轴加卸载煤样声发射长程相关性特征

为模拟井下应力条件,设计固定轴压卸围压试验,得到煤样破裂过程的声发射结果,并计算不同初始围压及不同卸载速率条件下声发射时间序列的长程相关性特征,以期对煤岩体的破裂做出预警。研究结果表明:不同初始围压及不同卸载速率下声发射实验结果类似,根据声发射累计计数可将声发射变化过程分为线性增长期、平静期以及指数增长期,可以很好地反应煤样的破裂过程;随初始围压和卸载速率的增大,声发射时间序列的Hurst指数随之增大,正相关性增强;Hurst指数与分形维数的动态变化与煤样的失稳破裂过程良好对应,且不同初始围压及卸载速率下,Hurst指数与分形维数的动态变化规律类似,说明其声发射时间序列的宏观产生机制具有内在统一性,可将接近破裂荷载时Hurst指数的增大与分形维数的减小作为煤样失稳破裂的前兆信息。     

岩体声发射特征现场测试

在矿山井下巷道中采用静态胀裂剂破裂岩体、检测记录这一过程中的声发射（ＡＥ）信号。结果表明,岩体声发射活动峰值宏观裂纹出现,声发射信号频谱分布范围宽广,信号在岩体中传播时衰减十分迅速。     

基于BP神经网络的岩石损伤声发射事件源定位研究*

工程岩体一般包含大量的节理、裂隙等各类缺陷,利用AE技术可以对缺陷进行定位,但仍然有很大误差。为进一步减小AE定位误差,确定缺陷位置,做好安全预警工作,研究提高岩石声发射定位精度的优化方法。利用断铅实验模拟产生声发射信号,将声发射信号特征参数中的幅值、能量、振铃计数以及到达时差作为输入,断铅点真实坐标作为输出,构建BP神经网络模型,并通过实验确定最优隐含层数等参数,最后通过交叉学习训练交叉预测得出断铅点坐标,并与基于到达时差的传统定位法以及考虑材料各向异性条件下的波速优化算法进行对比。结果表明:BP神经网络算法与传统方法相比,板状岩石声发射定位的误差显著减小,定位精度提高;岩石试件定位误差的误差波动更为平稳,有效改善了声发射源位置对定位效果的影响。本方法为岩石缺陷的精确定位提供了1种较好的技术手段。     

铸铁承压设备声发射特征研究

为开展声发射技术应用于铸铁承压设备检测的应用研究,首先应研究铸铁材料拉伸过程的声发射特征,然后获取铸铁构件上典型裂纹扩展的声发射信号,找到铸铁构件开裂所特有的声发射信号特征,为活性缺陷的正确检测和识别奠定基础。因此,本文首先研究了灰口铸铁HT200材料拉伸试件的声发射特性,然后在报废的造纸烘缸上预制了表面裂纹,采用水压循环加载的方式,用声发射监测其加载试验过程的声发射现象,获取缸体表面裂纹扩展的声学信号样本,确定了随载荷变化,裂纹缺陷扩展的声发射参数特征和定位特征,其结果为后续波形信号的特征提取和模式识别研究提供了典型声发射源信号数据,也为铸铁类构件的声发射检测提供了参考。     

声发射技术在采矿工程中的应用

论述了岩体声发射技术的基本原理,介绍了其在采矿工程中的若干应用成果:地应力测量、高应力区圈定、冒顶预测预报、稳定性评价.     

五老峰隧道岩爆声发射参数特征研究

为研究岩爆事件的声发射特征,为岩爆灾害的进一步监测预警提供依据,对五老峰隧道掌子面附近区域岩爆事件进行声发射监测,以RA均值作为主要参数,研究岩爆发生前后的参数变化规律,并通过与b值等参数分析结果的相互印证,对比岩爆信号与爆破震动信号之间的区别。试验结果表明:不同传感器因为布设位置、耦合程度的差异,接收到的声发射信号数量与参数分布范围存在较大差异;RA均值作为参数分析依据,能够较好地反映岩爆事件的孕育发展过程,且能够一定程度上消除传感器接收信号数量差异的影响,更稳定地反映岩爆事件的信号特征;岩爆事件发生前RA均值与事件密度不断升高,峰值后则都迅速降低,而爆破产生的声发射信号则在RA值上存在一定突变性,且峰值后仍保持较高水平。本次监测中,共发生1次微型岩爆,而在左洞爆破后,声发射信号明显增多,但并未产生显著破裂事件。     

声发射检测灵敏度校准声源实验分析

在声发射技术的应用中,传感器的工作频率和灵敏度对AE检测的结果具有决定性的作用,传感器的校准是AE定量研究的基础,也是声发射检测技术研究中的重要课题。根据二级校准的相关要求设计了三个不同声源的实验:落球、断铅和压断毛细玻璃管法。通过重复性实验,测量了不同大小的钢球从不同高度下落;不同粗细、硬度以及不同长度的铅芯的断裂;不同粗细的毛细玻璃管被压断产生的脉冲声源,分别比较以上三个实验在不同状态条件下产生的脉冲声源信号,分析其实时特征和频谱特征(峰值,上升时间),通过计算确定其不确定度和稳定度,总结优化操作方法,同时分析了实验误差。在此基础上得出最适合做声发射传感器灵敏度校准的脉冲声源,为声发射传感器校准中的参考声源提供性能评判的依据。     

边坡稳定性声发射监测

工程建设中,常在自然山地上开切人工边坡,一旦滑坡将造成巨大损失.实践表明:声发射(AE)技术能有效捕捉滑坡的前兆,从而进行预报.岩体AE检测技术是岩质工程结构受力破坏的实时动态检测方法,具有测点监控范围大,实时提供信息等优点.AE信号参数与岩质工程结构受力产生破裂损伤或破坏紧密关联.某永久船闸边坡稳定性AE监测的实践表明,根据AE数据的变化及"突变",对边坡岩体、稳定性及其发展趋势进行评价是有效的.     

循环载荷下煤样渗透特性试验研究

以原煤煤样为研究对象,采用自主研发的三轴应力渗流实验系统,进行等幅循环加、卸载的渗透率测试,研究煤样疲劳损伤过程中渗透率对应力水平的响应特征。结果表明:上、下限应力点处渗透率随循环次数出现降低-稳定-升高3个阶段,整体呈“U”型,并且随着上限应力水平的升高,曲线有向“V”型发展的趋势。拟合结果显示:在渗透率降低阶段,渗透率与循环次数呈幂指数函数关系;在渗透率升高阶段,渗透率与循环次数呈指数函数关系,并且渗透率随循环次数的降低和升高速率与上限应力水平正相关。     

循环载荷下煤裂隙演化试验研究

为了研究循环载荷下的煤体裂隙演化特征,在不同应力水平和不同频率条件下分别进行煤样破坏力学及声发射试验。结果表明:应力-应变曲线呈疏-密-疏的变化特征,对应的振铃数柱状图呈U型;上限应力点的应变值、累积能量、撞击计数均随循环次数增加而上升,曲线呈倒S型;煤裂隙演化经历了原始裂隙闭合、新生裂隙稳定发育和裂纹贯穿破坏等3个不同阶段;循环载荷的应力水平和加载频率对煤体疲劳寿命的影响具有差异性,对煤体裂隙演化和破坏模式均有明显影响。     

加卸载下含水率对含瓦斯煤岩损伤变形的影响分析

采用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服控制渗流试验装置对不同含水状态煤样进行了加卸载下三轴变形与渗流特性的试验研究。研究结果表明:含水率越高,煤样的三轴强度越低,失去抵抗外部载荷所产生破坏的能力越快,且塑性变形增强,脆性破坏减弱,瓦斯流量增加越小;含水率的增加能够使得煤岩破坏时积聚的弹性能减少,并且释放速率更加缓慢,更多的消耗于塑性变形中,这有助于预防煤岩破坏时由于弹性能的突然释放而导致的大型煤与瓦斯突出事故的发生;基于Logistic方程和能量耗散理论,建立了煤岩损伤演化数学模型,通过对试验数据的拟合分析,两者吻合程度较高,能够为煤岩损伤破坏提供预测。研究结果对于具有煤与瓦斯突出危险性的煤层进行注水消突具有理论指导意义。     

不同围压下煤岩损伤变形规律及声发射特征分析

为研究不同围压条件下煤岩的损伤变形,利用RTX-1000岩石三轴仪和Micro-Ⅱ声发射成像采集仪对煤样进行不同围压下的三轴压缩声发射定位试验,对加载过程中的应力应变、AE计数等特征参数进行对比分析,构建基于AE计数的损伤模型,研究三轴压缩下煤岩损伤变形的规律。研究结果表明:在保持应变率恒定的条件下,围压越高,煤样的峰值强度越大,分别为18.04,29.92,32.29,45.94 MPa;围压越高,弹性阶段的AE计数相对减少;煤样发生剪胀扩容变形;基于AE计数构建损伤模型,分析对比损伤应变理论曲线与试验曲线,得到较高的拟合度,且损伤临界值和损伤量随围压的升高呈现减小的趋势;分析理论模型中的速率增长因子,得到试验与理论损伤规律一致。     

加轴压卸围压下含瓦斯煤岩损伤变形的能量演化机制

采动影响下含瓦斯煤岩的损伤变形是一个极其复杂的非线性过程,单纯依靠传统经典弹塑性力学无法准确分析其破坏机理。针对此情况,通过试验研究了不同初始围压条件下含瓦斯煤岩的损伤变形特征,并分析了损伤变形与能量演化规律之间的内在联系。研究表明:初始围压越高,煤样破坏时强度越大,脆性破坏特征越明显,瓦斯流量急剧增加幅度越大,煤样破坏时积累的总能量和弹性应变能越多,且初始围压与弹性能之间满足对数函数关系。采用累积耗散能定义了煤岩损伤变量,并分析了不同阶段损伤与渗透率之间的演化关系。     

白云岩单轴压缩试验声发射特性研究

在单轴压缩条件下,进行白云岩破坏全过程的声发射试验研究,得到应力、声发射特性与时间的关系,并研究了岩体的Kaiser效应。结果表明:（1）岩石单轴压缩破坏过程中并不是所有试验岩样有具有典型的声发射特征阶段,部分岩样AE曲线中可以找到Kaiser效应特征点,但是多数岩样的Kaiser效应特征点不明显;（2）岩样的AE现象在应力达到峰值前会经过一个平静期,而在岩石发生破坏直至彻底破坏阶段,AE现象明显增加,这个先平静后剧增的过程可以作为预报岩爆发生的一种警示信号;（3）大多数岩样都在AE能量达到最大时发生彻底破坏。     

早强充填体与矿柱相互作用的声发射特征试验研究

为了更好厘清充填体与矿柱相互作用机理,提出使用石蜡作为胶结剂,通过尾砂加石蜡拌合模拟充填体,建立充填体与矿柱相互作用的复合体模型。基于充填体与矿柱侧边存在临空面这一实际情况,采用自制的双轴加载装置模拟井下早强充填体与矿柱共同受载情况。借助声发射仪监测充填体与矿柱在加载作用下的AE振铃计数及AE点发生位置。试验结果表明:尾砂+石蜡模拟充填体加载破坏后存在残余应力;充填体与矿柱复合体试样在加载过程中的内部破坏主要发生在充填体内和充填体与矿柱接触带区域。     

围压卸荷条件下砂岩损伤与动态破碎特性研究

为研究深部高应力岩体开挖卸荷对围岩的影响,运用自制的带轴向静压和围压装置的霍普金森压杆(SHPB)设备,开展不同速度围压卸荷试验。结合围压卸荷过程砂岩试样声发射特性及动态加载后试样破碎块度分维特性,分析围压卸荷速率对试样损伤的影响。试验结果表明:当卸荷速率在0.5～10 MPa/s范围内变化时,砂岩损伤、声发射能量及破碎分形维数随围压卸荷速率增大而增大;但当卸荷速率增大到200 MPa/s时,砂岩损伤、声发射能量及破碎分形维数反而减小。在一定范围内提高围压卸荷速率,有助于提高砂岩试样裂隙发育及损伤程度。