石灰岩三轴压缩声发射试验及数值模拟研究

发布时间：2020-08-10 15:24

【摘要】：为了进一步深入研究陕西省山阳县S203公路K43+090~K43+240段右侧边坡石灰岩在实际环境下的破裂规律,为声发射技术应用在其稳定性分析以及监测预警方面提供可靠的理论支持,本文针对在该公路边坡采集到的石灰岩试样开展了三轴压缩声发射试验,得到该边坡石灰岩在三轴压缩下的应力-应变曲线、极限抗压强度、声发射振铃计数和能量计数等参数指标以及其内在的规律与联系,并利用基于离散元的颗粒流程序PFC~(2D)构建了实际石灰岩岩样三轴压缩下数值试验本构模型,根据实际试验得到的岩石宏观参数标定了本构模型的各项微观参数,与室内试验结果进行了对比分析,认为数值模型较好的反映了室内试验的情况。从室内声发射试验结果可以得到:(1)三轴压缩状态下由于围压的存在,岩样极限抗压强度有所提高,但在压密和弹性阶段的声发射活动相对降低;(2)在三轴压缩状态下岩样破坏都经历压密-弹性-破裂阶段,塑性阶段不是每个岩样都有,这是由石灰岩自身的性质和内部构造决定的,就试验结果来看,含裂隙岩样有更大的几率出现塑性期;(3)三轴状态下岩样声发射活动都包含裂纹闭合期-发育期-破裂期,但只有SH8岩样出现了平静期,平静期可作为岩石发生主破裂前兆;(4)三轴状态下由于围压的存在,使得部分石灰岩岩样声发射活动最大值出现的时间表现出滞后现象,也即声发射信号最大值出现在岩样主破裂之后。从数值模拟试验得到以下成果:(1)对于密实及含裂隙岩样的力学特征模拟包括峰值应力的计算、应力-应变曲线拟合、岩样各破裂阶段拟合都取得良好效果;(2)对于岩石的破裂面形态的模拟与实际试验结果基本一致,密实岩样SH5实际与模拟的最终破裂形态均为斜向贯通破坏,含裂隙岩样SH7实际与模拟的最终破裂形态均为“一长一短”双裂纹破坏;(3)对于岩样的声发射信号趋势模拟包括信号的发展过程拟合、滞后性体现等均和实际试验吻合。除此之外,本次研究对日后开展岩质边坡失稳破坏预警工作也具有重要指导作用。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.1
【图文】：

长安大学硕士论文本次研究利用PFC2D软件不仅对该边坡石灰岩在三轴压缩下力学特征进行了模拟而且对其声发射信号趋势特征也进行了模拟试验；1.4.2 技术路线

然而，将声发射检测技术运用至实践中来依然是项研究和应用分离的技术。不过随着试验条件的进步以及高科技的出现，让深入研究岩石破裂时的声发射特性成为可能，同时，考虑到岩石的复杂性，水文地质的差异性，试样的多样性，针对不同类型的岩石，差异性的地质环境等情况开展声发射试验就显得尤为必要。此次研究利用对试验获得的各种数据处理分析，探究声发射信号特征、时间、试样破裂特征之间的关系，最终得到石灰岩破坏前兆的可靠依据。2.1 声发射检测技术基本原理声发射源中产生的声发射波会在材料和结构里传播，抵达介质表面时，能够被安装好的声发射接收探头（传感器）接收到。然后探头能够把材料和结构里的声发射波转换成电信号，接着通过放大器的放大，声发射信号采集处理系统处理、分析，最终被显示和记录系统所显示、记录。声发射检测基本原理见图 2.1。

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本文编号：2788268