岩石加载过程中的波速及其声发射特征研究

论文摘要

岩石是典型的具有非均匀性的脆性材料,内部富含各种缺陷（微裂纹、孔隙、节理裂隙等）,在受载过程中其波速会发生变化并伴随大量声发射信号的产生。由于波速变化和声发射信号的产生发生在岩石内部微裂纹的萌生或扩展,波速的变化和声发射信号都包含了岩石内部结构变化的丰富信息。研究和分析波速变化和声发射信号的特征参数对于进一步认识岩石加载过程中内部裂纹的扩展规律以及预测预报矿山现场的冲击地压（岩爆）具有重要的价值。本文通过岩石声发射实验,监测不同岩石试样受载过程中的波速变化及声发射现象,重点对岩石不同破坏阶段的波速变化及声发射空间分布、声发射率变化特征进行了分析,得到以下结论：（1）在单轴加载过程中,岩石试样达到载荷强度的60%-80%产生裂纹后,波速将明显下降。在循环加载过程中,岩石试样的波速随着载荷的增加而增大,随着载荷的减小而降低,当达到载荷强度的60%-70%时试样产生了一条宏观裂纹,波速迅速下降,在此后的循环中,试样处于低压力区（<80KN）的波速要高于高压力区的波速。（2）波速与声发射在单轴加载过程中的变化,归纳为两种类型。第一种类型是波速的明显降低与声发射的明显增加是同时发生的；第二种类型是波速的明显降低落后于声发射的明显增加。（3）声发射累计数在一定程度上反映了岩石试样的破坏变形,声发射累计数的特征可以预测试样中裂纹产生与裂纹扩展。（4）不同岩性试样破坏过程中声发射事件的空间分布反映了内部裂纹萌生和扩展规律。岩石试样破坏前,声发射事件的空间分布位置蕴含了岩石宏观裂纹扩展的趋势并预示着最后宏观裂纹的产生位置,此结果对开展冲击地压（岩爆）预测预报研究具有重要的理论价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 岩石破裂失稳研究现状
• 1.1.2 岩石波速研究现状
• 1.1.3 岩石声发射研究现状
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 声发射技术原理及监测
• 2.1 声发射产生机理
• 2.2 声发射信号的传播特征
• 2.3 声发射参数及分析
• 2.4 声发射源定位原理
• 2.4.1 声发射源定位方法
• 2.4.2 定位结果的误差分析
• 2.5 声发射仪器简介
• 第3章 岩石波速变化实验研究
• 3.1 岩石波速的理论研究
• 3.2 实验设备
• 3.3 试样的制备
• 3.4 实验结果及分析
• 3.4.1 单轴加载过程中岩石的波速变化特征
• 3.4.2 岩石在循环加载过程中波速变化特征
• 3.4.3 岩石单轴加载过程中波速与声发射的关系
• 3.5 小结
• 第4章 岩石声发射实验研究
• 4.1 岩石试样的制备
• 4.2 实验过程
• 4.3 声发射事件定位结果验证
• 4.4 单轴加载实验结果及分析
• 4.4.1 单轴加载实验结果
• 4.4.2 单轴加载实验结果分析
• 4.4.2.1 应力与声发射的关系特征
• 4.4.2.2 岩石声发射序列特征
• 4.5 巴西劈裂声发射实验结果及其分析
• 4.5.1 巴西劈裂声发射实验结果
• 4.5.2 巴西劈裂声发射实验结果分析
• 4.6 小节
• 第5章 基于声发射的岩石损伤的研究
• 5.1 损伤变量D的定义
• 5.2 岩石损伤参量计算
• 第6章 结语
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介