加载速率对岩石力学区间强度及声发射效应的影响

发布时间：2020-07-23 05:33

【摘要】：工程实际中的岩石经常会受到如地震、岩爆和爆破振动等动力荷载的扰动,这些动力扰动的速率复杂多变,会对岩石的力学特性及损伤破裂过程产生不同的影响。已有理论及试验研究表明,不同强度等级的岩石受这些加载速率变化的扰动作用下,其单轴抗压强度及损伤破裂过程会呈现不尽相同的变化规律。因此,探讨室内试验条件下各类岩石在不同加载速率时的单轴抗压强度变化规律及损伤破裂特征,不仅能为工程建设中不同速率荷载扰动下岩石的力学强度特征变化规律研究提供理论基础,还能为岩石力学强度试验国家标准中各类岩石的标准加载速率选取起到重要指导作用。本文基于RMT-150B岩石力学试验系统和声发射信号采集系统,针对不同强度等级岩石的合适速率值的选取以及声发射特征的变化规律,开展了5级加载速率下的多强度等级岩石的单轴压缩和声发射试验研究,得到以下结论:(1)加载速率对弹性模量的影响较小,岩石单轴抗压强度越高,弹性模量相对较大。强度范围在110~200MPa间的花岗岩、石灰岩和大理岩等岩石材料存在一个加载速率极值点,分别为0.015mm/s、0.013mm/s、0.013mm/s。在速率小于该值时,强度与速率呈正相关,速率大于该值点后,二者呈负相关性。在该速率极值点,岩石的单轴抗压强度达到最大值。对于强度范围在80~100MPa的砂岩,加载速率增大,抗压强度减小,并且减小的速度随加载速率增大而增大。(2)在单轴压缩实验中,150~200MPa石灰岩的合理位移加载速率区间为0.002~0.006mm/s或0.019~0.020mm/s,所得值与平均值误差约在5%以内;130~150MPa的大理岩应当在0.002mm/s~0.005mm/s或0.019mm/s~0.020mm/s加载速率区间进行选择,误差约在2.5%以内;110~130MPa的花岗岩应采用0.003mm/s~0.008mm/s的加载速率区间,误差同样约在2.5%以内;而80~100MPa的砂岩,加载速率的合理区间在0.003~0.009mm/s和0.015~0.017mm/s范围内,误差值约2.5%。对于这四类岩石材料,0.001mm/s~0.02mm/s位移加载速率范围内,能获得最大单轴抗压强度测试值的速率点分别为0.013mm/s、0.013mm/s、0.015mm/s和0.001mm/s。(3)相同加载速率下,岩石强度越高,声发射振铃计数和能量释放偏向于低频高幅的特征;岩石强度越低,则振铃计数和能量释放频率越高,变化幅度越低。对于110~200MPa的花岗岩、石灰岩和大理岩,加载速率越大,起裂越晚,对于80~100MPa的砂岩,加载速率越大,越早起裂。(4)岩石单轴压缩过程中,振铃计数可分为具有不同特点的四个阶段,分别为基本无声发射事件活动的岩石压密段,开始起裂产生声发射活动的弹性变形段,声发射活动加剧,岩石内部破裂事件较多的损伤阶段,以及峰前平静期。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD315
【图文】：

曲线,岩石试件

图 2.1 岩石试件轴抗压强度与加载速率的区间变化关系花岗岩、石灰岩、大理岩和砂岩 4 类岩力-应变曲线、抗压强度、泊松比和弹性过程中的声发射特征信号进行了采集与力学试验系统院武汉岩土力学研究所自行研制的RM验系统是属于数字化控制式的电液伺服等特点，其主要应用在岩石材料及混凝缩、剪切、循环加卸载、单轴拉伸和单

岩石力学实验

有行程控制、位移控制、力控制和合等多种方法进行操控。通过该试验系统，研究力以及变形位移的数据进行实时准确地记录，并-应变、强度和杨氏模量等力学参数。该岩石力学m，最大输出的力为 1000kN。轴向的力传感器量程位移传感器量程为 5mm，精度为 1.5%。本次试验 50mm。

声发射信号,分析仪

图 2.3 DS5-8B 声发射信号分析仪 RMT-150B 岩石力学试验机与 DS5-8B 声发射信式可分为荷载控制和位移控制两种，通过查阅文加载过程进行合理把控，并且便于比较不同条件以考虑到操作过程与分析的简便，本次试验采用为 0.001mm/s、0.002mm/s、0.005mm/s、0.01mm率条件下选取石灰岩、砂岩、花岗岩和大理岩各行固定操作，将声发射传感器通过硅脂耦合剂与传射传感器固定装置粘贴到岩石试件中部对称的两感器过早脱落，使得所测声发射值丢失，采用了

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