单轴压缩条件下红砂岩特征强度点声发射特性试验研究

发布时间：2020-07-31 09:10

【摘要】：岩石变形破坏过程的实质是内部微裂纹的演化,声发射是岩石变形破坏过程的伴生现象,其活动特征与微破裂演化活动的机制最为接近。岩石破坏前常存在声发射相对平静期,且其产生的机理目前尚不清楚。本文以国家自然科学基金“矿物颗粒大小组成与岩石声发射相对平静期关系的研究”(No.51664018)为依托,进行了红砂岩单轴压缩声发射试验。依据裂纹扩展规律将破坏过程分为压密、弹性、裂纹稳定扩展和裂纹非稳定扩展4个变形阶段。研究了不同变形阶段的力学和声发射特征,相对平静期的力学和声发射特征,特征强度与相对平静期起始点应力的关系,相对平静期与不同变形阶段的声发射参数(声发射能量关联维数、频带能量、RA值及r值)的关系。主要得到以下结论:(1)不同变形阶段的应力百分比区间长度不同,不同试件弹性阶段对应的应力百分比区间长度相近,裂纹稳定扩展阶段的应力百分比区间最长,不同试件裂纹非稳定扩展阶段的力学性质差异最大,力学性质的差异受裂纹的影响较大。(2)峰值应力前,随应力的增加低主频声发射增多,峰后破坏阶段,声发射主频带变宽,有较多的高主频和低主频声发射产生。特征强度点的关联维数波动性较强,裂纹闭合应力点波动最剧烈,其次为起裂强度点,损伤强度点波动最小,且在损伤强度点有明显的上升趋势;关联维数从裂纹闭合应力到损伤强度有明显的增大。随应力的增加,特征强度点、平静期起始点和上升点的频带能量百分比方差逐渐下降,损伤强度点后变化较小且方差值约为0。(3)采用Z检验法可对声发射事件率的相对平静进行量化。Z值的大小反映了相对平静的显著性水平,Z值大于0的区间长度代表相对平静期的长短。红砂岩的声发射相对平静期出现在峰值应力90%左右,相对平静期应力增加缓慢而应变增加较快,出现明显的“耗时”现象。存在相对平静期的试件,由相对平静期起始点应力分别与裂纹闭合应力、起裂强度及损伤强度的拟合公式可推断平静期起始点应力,将相对平静期起始点应力作为岩石破坏的预警值,预测岩石破坏。(4)峰值应力前,存在相对平静期的试件有RA值(上升时间/幅值)下降的现象,而没有相对平静期的试件,RA值在峰值应力前持续上升,没有下降的现象。峰值应力前以剪切破裂为主时,声发射会出现相对平静期,峰值应力前以张拉破裂为主时不出现相对平静期。有声发射相对平静期试件的r值(累积事件率/累积能率)在相对平静期变化速率下降,没有相对平静期试件的r值的变化速率较一致,不存在变化速率改变的特征。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD315
【图文】：

变采集系统逡逑采集系统由应变仪软硬件（如图２．２）和应变片组成，应变仪与应变片的连股铜绞线。应变仪采用由北京泰瑞金星仪器有限公司研发生产的ＹＪＺ－１６变仪及配套软件。该仪器有简明快捷的人机对话窗口，可采用主机和Ｐ，采集时间控制间隔可在ｌｓ－１２ｈ内调节，具有ＵＳＢ接口可以实时通讯１６个独立的数据采集通道。应变采集可设置连接桥型、量纲、系数等参程中可实时显示不同通道应变－时间变化曲线。数据采集完成后可直始数据文件供后期处理。该仪器主要技术指标如表２．２所示，所用应变数如表２．３。逡逑ｒ：：Ｔｙ＾邋：邋＾邋Ｔ逦｜邋ｕ邋ｉＭｕＷＷｉＢ１逦ｕａｍａｗ——逡逑ｈ邋ＷＭＭ邋＃邋Ｉ－．．．逦，逡逑Ｉｔ邋Ｉ邋［邋ｌ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ逦“，？逦？？，》逦？？＊？邋－ｒ？４逡逑Ｉ邋％邋ＩＭＭｍＭ逦￡逦■逦ｃ；逦■邋■逦？；：：逦．逦ｖ：－：邋－逦．逦ｒ；逡逑＿逦s6‘１１＾１逦ｌ逦Ｉ逦＾邋．，逦－■逦＾：．．－：：逡逑＼逦ｇ邋１逦．逡逑．，邋？画：：？：，：：－：邋？邋＝＂逡逑

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１－参数设置界面：２－声发射数据结果导出界面逡逑（ｂ）声发射参数采集设置界面逡逑图２．４邋ＡＥｗｉｎ软件部分界面逡逑２．３试验方案逡逑２．３．１试验目的逡逑测定红砂岩单轴压缩破坏过程中的应力、轴向应变、横向应变等力学参数，同时采逡逑集声发射信号。逡逑２．３．２试件制备逡逑采用ＺＳ－２００钻孔取样机取样，对取出试件中有肉眼可见裂隙、裂纹的试件进行剔逡逑除，不进入切割打磨工序。采用ＪＫＤＱ－１Ｔ岩样程控切割机进行切割，切割后岩样高度逡逑约为１０５ｍｍ。切割过程中切割机运转速度会在一定范围内波动，造成切割后岩石的端面逡逑不平整。为达到国际岩石力学学会（ＩＳＲＭ）建议的尺寸、精度［５７］，还需对其进行打磨，采逡逑用ＪＫＳＨＭ－２００双端面磨石机能达到端面不平整度小于±０．０５ｍｍ，端面与试件轴线允许逡逑偏差±０．２５°的要求。加工后试件如图２．５所示，共加工得到１９个符合标准的试件。逡逑１０逡逑

【参考文献】

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本文编号：2776271