基于矩张量的岩石破裂微观机制声发射研究
本文选题:声发射 + 矩张量 ; 参考:《成都理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:岩石是典型的各向异性的脆性材料。随着外荷载的增加,岩石内部微裂纹萌生演化、扩展和贯通直至形成宏观破裂面。声发射采集技术可以不间断、实时地监测岩石材料内部微破裂的萌生和发展,从而推演出试样内部的形变、破裂失稳过程和力学机制。目前,声发射在声发射参数分析、频谱特征解读,空间三维定位等方面有较好的运用。然而要研究岩石破裂微观机制,只得到微破裂在时间和空间上的演化过程是不足的,还需要从力学性质上对微破裂的张拉、剪切滑移进行分类,进而深入了解微裂纹间相互作用和扩展、贯通机制。为矿山微震监测、隧道稳定、深部变形破裂成因机理研究奠定基础,也为岩石失稳破坏预测提供依据。因此,从室内试验出发设计压缩试验(巴西劈裂、单轴压缩实验、Z型剪切实验、含预制裂隙压缩实验)并进行同步声发射采集。运用矩张量程序分析微裂纹震源机制(破裂类型、破裂几何参数)、破裂能,结合应力应变曲线和声发射参数,分析不同破坏阶段下岩石微破裂性质和能量演化特征,从微观角度解释岩石破裂演化过程。得到以下几点结论:(1)基于AR-AIC和单纯形法(Simplex),自行编写声发射点定位解算程序,并通过断铅实验验证算法的定位精度。得出:破裂点在探头阵列内时,定位误差在10mm以内,阵列之外定位误差在15mm左右。(2)将AE幅度(AMP)和与空间定位结合,绘出AMP空间分布图,可看出主破裂面的形成和集中,能有效排除无效声发射点的干扰(低能量、低幅度,离散的声发射事件点)。(3)基于弹性波动力学理论,依据M.ohstu矩张量解法,自行编写MATLAB矩张量求解程序,并设计实验验证程序正确性。得出:“Z”型试件压缩实验中,JQ2在切口处呈压缩拉伸破裂,G2在中间梁处出现剪切破裂。矩张量计算结果得出JQ2张剪比例为51%、29%,G2张剪比例为77%、19%,与宏观破裂一致,证明了矩张量程序在震源机制分析中的准确性和适用性。(4)巴西实验中,矩张量程序分析得出张拉裂纹、剪切裂纹和混合裂纹的平均比例约为59%、30%、11%。可见,巴西劈裂实验中张拉裂纹起到主导作用,剪切裂纹则起到了加速和促进作用。证明了巴西劈裂实验虽然与直接拉伸试验应力场分布不同,起裂点不同,但其震源机制(张拉占据主导作用)一致,因此其用来测试试样的抗拉强度是合理的。(5)张拉能、剪切能和混合能在岩石破裂过程中比例和演化规律与张剪切裂纹较为接近,呈对应关系。岩石总体呈张拉型破裂时,张拉能占比较高,反之在剪切试件中,剪切能占比较高。应力加载中,破裂能主要集中于裂纹密集出现时或是大破裂(大事件)发生时,集中在80-100%应力阶段出现能量剧增现象。
[Abstract]:Rock is a typical anisotropic brittle material.With the increase of the external load, the microcracks in the rock initiate and evolve, propagate and penetrate until the macroscopic fracture surface is formed.Acoustic emission acquisition technique can monitor the initiation and development of micro-fracture in rock material in real time and deduce the deformation, fracture instability process and mechanical mechanism.At present, acoustic emission has a good application in acoustic emission parameter analysis, spectrum feature interpretation, spatial three-dimensional positioning and so on.However, in order to study the micromechanism of rock fracture, it is insufficient to obtain only the evolution process of microfracture in time and space, and it is necessary to classify the tensioning and shear slip of microfracture in terms of mechanical properties.Furthermore, the mechanism of microcrack interaction and propagation is deeply understood.It lays a foundation for the study of the formation mechanism of mine microseismic monitoring, tunnel stability and deep deformation and fracture, and also provides the basis for the prediction of rock instability and failure.Therefore, the compression test (Brazilian split, uniaxial compression test, Z-type shear test, including prefabricated fracture compression test) is designed and the synchronous acoustic emission acquisition is carried out.The focal mechanism of microcrack (rupture type, fracture geometry parameter, fracture energy, stress-strain curve and acoustic emission parameter) are analyzed by using the moment Zhang Liang program, and the characteristics of microfracture and energy evolution in different failure stages are analyzed.The process of rock fracture evolution is explained from the microscopic point of view.The following conclusions are obtained: (1) based on AR-AIC and simplex method, the program of acoustic emission location is written by ourselves, and the accuracy of the algorithm is verified by the experiment of lead break.It is concluded that when the rupture point is in the probe array, the positioning error is within 10mm, and the positioning error outside the array is about 15mm. (2) combining AE amplitude with spatial positioning, the spatial distribution map of AMP can be drawn, and the formation and concentration of the main rupture surface can be seen.Based on the theory of elastic wave mechanics and the M.ohstu moment Zhang Liang solution, we can effectively eliminate the interference of invalid acoustic emission points (low energy, low amplitude, discrete acoustic emission event point) and write the MATLAB moment Zhang Liang solution program by ourselves, based on the theory of elastic wave mechanics and the M.ohstu moment Zhang Liang solution.Experiments are designed to verify the correctness of the program.It is concluded that in the compression test of "Z" type specimen, the compression tensile fracture of JQ2 at the notch and the shear rupture of the G-2 at the middle beam are observed.The result of Zhang Liang's calculation shows that the ratio of JQ2 tensioning and shearing is 51 / 29/ G2, which is consistent with the macroscopic rupture, which proves the accuracy and applicability of the moment Zhang Liang program in the analysis of the focal mechanism.) in the Brazilian experiment, the moment Zhang Liang program analysis shows the tension crack.The average ratio of shear crack to mixed crack is about 59%.It can be seen that tensile crack plays a leading role and shear crack accelerates and accelerates in Brazilian splitting experiment.It is proved that although the stress field distribution and fracture initiation point of Brazilian splitting test are different from that of direct tensile test, the focal mechanism (tensioning dominates) is the same, so the tensile strength of the test specimen is reasonable.The ratio and evolution of shear energy and mixed energy in the process of rock fracture are close to those of tensile shear crack.When the rock is tension-type fracture, the tensile energy is higher, whereas in the shear specimen, the shear energy is higher.In the stress loading, the fracture energy is mainly concentrated at the time when the crack is dense or when the big rupture (big event) occurs, and the phenomenon of energy surge occurs in 80-100% stress stage.
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU45
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 林命周;;岩石破裂前的地震活动性异常与地震预报[J];地震地质译丛;1979年02期
2 罗光伟;岩石破裂与氡含量变化关系的实验研究[J];地球物理学报;1977年04期
3 张永彬;唐春安;张怀;梁正召;马天辉;杨天鸿;;岩石破裂过程分析系统中的应力并行求解[J];岩石力学与工程学报;2006年03期
4 张永彬;唐春安;梁正召;徐涛;李连崇;;岩石破裂过程分析系统并行计算方法研究[J];岩石力学与工程学报;2006年09期
5 Freund F T;Dahlgren R P;Chu J J;张祯;;岩石破裂以及破裂前信号的演变[J];国际地震动态;2011年01期
6 周大庄,马福胜,谢端,郭自强;岩石破裂时光辐射的实验研究[J];地球物理学报;1987年02期
7 郭自强,周大庄,马福胜,施行觉,席道瑛,程纯杰,周志文;岩石破裂中的电子发射[J];科学通报;1987年11期
8 郭自强,周大庄,施行觉,马福胜,席道瑛,程纯杰,周志文;岩石破裂中的电子发射[J];地球物理学报;1988年05期
9 朱元清,罗祥麟,郭自强,赵志光,祝中伟;岩石破裂时电磁辐射的机理研究[J];地球物理学报;1991年05期
10 施行觉,牛志仁;岩石破裂断面的分维研究[J];科学通报;1991年07期
相关会议论文 前10条
1 唐春安;;岩石破裂过程数值模拟方法发展的若干问题[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年
2 谢强;钱惠国;蒋爵光;;扫描电镜下岩石破裂过程的连续观察及其破坏机制分析[A];第四届全国工程地质大会论文选集(二)[C];1992年
3 郭子祺;郭自强;;岩石破裂中多裂纹辐射模型[A];1999年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十五届年会论文集[C];1999年
4 刘斌;杨海涛;郭自强;;岩石破裂强度与断面分维[A];1991年中国地球物理学会第七届学术年会论文集[C];1991年
5 唐春安;徐小荷;;岩石破裂过程中的灾变问题[A];第四届全国岩石破碎学术讨论会论文集[C];1989年
6 刘晓红;刘新美;于萍;邓明德;耿乃光;;岩石破裂的声发射前兆与遥感前兆的对比[A];第五届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2001年
7 郑捷;;岩石破裂和地震现象中的分形、自组织和混沌(综述)[A];中国地震学会第四次学术大会论文摘要集[C];1992年
8 周传波;;岩石破裂过程中的电子发射规律浅析[A];面向21世纪的岩石力学与工程:中国岩石力学与工程学会第四次学术大会论文集[C];1996年
9 杨天鸿;于庆磊;唐春安;李连崇;朱万成;梁正召;;岩石破裂过程稳态、瞬态渗流特征模拟分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 王雁晖;郭自强;胡天跃;;岩石破裂电子发射的有限势压缩原子模型[A];1993年中国地球物理学会第九届学术年会论文集[C];1993年
相关重要报纸文章 前6条
1 本报记者 田丹 实习生 梁彬;岩土世界的探索者[N];沈阳日报;2005年
2 姚耀富;声发射技术为“亚健康”设备听诊[N];中国化工报;2009年
3 贺慧宇;声发射监测把脉桥梁安全[N];中国建设报;2008年
4 杨雄飞;应用声发射技术检测钢轨中裂纹扩展[N];世界金属导报;2014年
5 陈汝雄 张清华;用声发射技术检测容器[N];中国石化报;2003年
6 ;用声发射技术检测容器[N];今日信息报;2003年
相关博士学位论文 前10条
1 高宇飞;基于张量分解的参数估计方法及其应用[D];电子科技大学;2017年
2 张建光;多媒体分析中的半监督和张量学习的研究[D];天津大学;2016年
3 孙丽珠;张量谱半径的界及张量广义逆研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
4 董少钧;张量网络算法从玻色子系统到费米子系统[D];中国科学技术大学;2017年
5 张敏;稀疏恢复问题中精确恢复条件的研究[D];天津大学;2016年
6 张永彬;岩石破裂过程分析并行计算方法研究[D];东北大学;2007年
7 潘鹏志;岩石破裂过程及其渗流—应力耦合特性研究的弹塑性细胞自动机模型[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2006年
8 吴应江;基于多核学习的疑似AD脑MRI影像分类算法[D];贵州大学;2017年
9 毕海胜;基于声发射的常压储罐罐底腐蚀特征识别研究[D];中国石油大学(华东);2015年
10 朱星;岩石破裂次声探测技术与信号特征研究[D];成都理工大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 何云松;基于矩张量的岩石破裂微观机制声发射研究[D];成都理工大学;2017年
2 童永会;张量规范型分解问题及对称张量广义特征值问题的优化算法研究[D];湘潭大学;2017年
3 陈治州;基于张量信号处理的极化SAR分类算法研究[D];电子科技大学;2017年
4 王大安;基于张量的人脸识别算法研究[D];杭州电子科技大学;2017年
5 张凯丽;基于强H-张量的齐次多项式正定性的判定算法研究[D];曲阜师范大学;2017年
6 任卿龙;基于支持张量机的遥感图像目标分级识别研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
7 姜丹丹;张量奇异值及高阶奇异值分解具有的若干性质[D];哈尔滨工业大学;2017年
8 赵文;Max半环上张量的分解[D];哈尔滨工业大学;2017年
9 赵世宇;基于小波包分析的含水岩石破裂前兆研究[D];东北大学;2014年
10 朱贝贝;岩石破裂过程中的耗散能与释放能机理研究[D];兰州大学;2017年
,本文编号:1752123
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/diqiudizhi/1752123.html