点荷载作用下岩石应力记忆效应的声发射试验与数值模拟研究

发布时间：2017-05-17 05:01

  本文关键词：点荷载作用下岩石应力记忆效应的声发射试验与数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地应力是地下矿山开采设计的重要依据之一,国内外众多学者对地应力的测试展开了大量研究,但是目前仍缺少一种简单便捷且经济实惠的地应力测量方法。本文立足于声发射法测地应力的理论基础,通过室内声发射试验与数值模拟相结合的手段,研究了点荷载作用下岩石对先前应力的记忆效应,进而验证了点荷载估算地应力的可行性。主要工作与结论如下:(1)根据国际岩石力学学会试验方法委员会对点荷载试验的“建议方法”加工了红砂岩岩石试件,并对试件波速进行了测定。然后,开展了单轴抗压强度试验,根据单轴抗压强度试验结果,确定了2MPa~24MPa作为平面荷载条件下试件Kaiser效应存在性试验的分级范围;(2)验证了选用的红砂岩试件的Kaiser效应存在性。开展了循环加卸载声发射试验,分析了试件受压过程中的应力、时间、声发射事件数之间的关系,发现试件在受压过程中具有较为明显的声发射Kaiser效应表征;(3)分析了不同平面荷载后点荷载加载过程中的声发射振铃计数和能量的变化规律。加载速率一致的情况下,随着试件所受平面荷载的增大,点荷载加载过程中的声发射振铃计数明显开始增多的时间点和声发射绝对能量明显开始增强的时间点具有明显的后移趋势;(4)利用离散元数值模拟软件PFC构建了与室内试验尺寸相符的模型试件,并分别赋予墙体单元,颗粒单元和接触单元相应物理力学参数;(5)验证了构建模型的可行性。首先,对构建的模型进行了单轴压缩试验,得到模型单轴抗压强度为50MPa,与室内试验结果基本相符;其次,开展了点荷载加载数值模拟试验,最终破坏显示为拉伸破坏,且破坏面通过上下两锥形加压头,破坏为有效破坏。综合上述结果,参数设置合理有效;(6)在试件弹性范围内,进行了不同平面荷载后,点荷载加载模拟,观察模型试件内部微裂纹扩展发育状况,并实时采集了加载破坏过程的微裂纹数目和内部应力变化。分析结果显示,在时间上,随着先前所受平面荷载的增大,点荷载加载过程中微裂纹数量突增点有不断延迟的趋势;在应力表现上,随着先前所受的平面应力的不断增大,试件在点荷载加载过程中裂纹数量突增时所需要的轴向应力不断增大。
【关键词】：地应力 点荷载 声发射Kaiser效应 PFC
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 引言8-9
• 1.2 课题来源9
• 1.3 国内外研究现状9-12
• 1.3.1 声发射法测地应力9-11
• 1.3.2 声发射测地应力存在的主要问题11-12
• 1.4 研究目的与意义12
• 1.5 研究内容与方法12-14
• 1.6 技术路线图14-15
• 第二章 试件Kaiser效应存在性试验研究15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 试件制备15-18
• 2.3 试验系统18-19
• 2.3.1 加载系统18
• 2.3.2 声发射信息采集系统18-19
• 2.4 单轴抗压强度试验19-20
• 2.4.1 试验过程19
• 2.4.2 试验结果分析19-20
• 2.5 平面加载条件下红砂岩Kaiser效应存在性试验20-25
• 2.5.1 试验过程21-22
• 2.5.2 试验结果分析22-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 点荷载声发射试验研究26-50
• 3.1 引言26
• 3.2 地应力测试技术26-27
• 3.2.1 直接测量法26-27
• 3.2.2 间接测量法27
• 3.3 点荷载声发射试验27-47
• 3.3.1 试验的基本思想27
• 3.3.2 试验方案27-33
• 3.3.3 试验结果分析33-47
• 3.4 点荷载加载条件下岩石损伤机制分析47-48
• 3.5 小结48-50
• 第四章 点荷载加载破坏数值模拟研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 PFC颗粒流软件简介50-52
• 4.2.1 模型构建的基本假定51
• 4.2.2 计算的基本思想51-52
• 4.2.3 PFC程序求解步骤52
• 4.3 PFC程序的基本理论52-54
• 4.3.1 接触单元52-53
• 4.3.2 颗粒单元53
• 4.3.3 边界和初始条件53-54
• 4.4 颗粒接触模型54
• 4.4.1 接触刚度模型54
• 4.4.2 滑动模型54
• 4.4.3 黏结模型54
• 4.5 模拟内容及模型的建立54-57
• 4.6 数值模拟结果分析57-61
• 4.7 小结61-62
• 第五章 结论与展望62-64
• 5.1 主要结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间的研究成果68-69

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