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基于声发射技术岩石破坏前兆特征实验研究

作　者: 刘建坡
导　师: 李元辉
学　校: 东北大学
专　业: 采矿工程
关键词: 岩石破坏 声发射 加卸载响应比理论 能量加速释放 前兆特征 临界点理论
分类号: TU452
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


岩石在受载条件下裂纹扩展及失稳破坏与天然地震有很大的相似之处,所以地震学理论对于研究岩石破裂过程具有非常重要的借鉴意义。如果把岩石微破裂产生的声发射看成是改变了尺度的微小地震,那么整个岩石试件的破裂过程就可以看作是一个独立完整的强震系列。本论文应用加卸载响应比理论和损伤力学理论建立循环加载条件下岩石破坏过程中其内部损伤和声发射关系的数学模型,分析了循环加载方式下的岩石损伤演化过程和岩石失稳破坏的前兆。同时基于地震临界点理论对岩石破裂过程中声发射能量加速现象进行了研究,并利用RFPA2D软件分析了围压及岩石非均匀性对于声发射能量释放过程的影响,得到如下结论：(1)加卸载过程中的声发射反映了岩石的内部损伤过程。随着载荷的增加,岩石在卸载过程中的损伤和声发射事件较加载过程增加更快,声发射数加卸载响应比Y值逐渐减低。对于大多数岩石试样而言,在其处于弹性变形后期时,声发射数加卸载响应比Y值达到(或接近)1并在小范围内波动。(2)岩石在破裂过程中弹性能呈加速释放态势,岩石破裂过程中弹性能释放幂律拟合指数z以及幂律拟合与线性拟合方差之比r均较大程度小于1。质地较均匀的大理岩和砂岩的能量加速释放现象较花岗岩更加明显。(3)数值模拟结果表明：岩石的均匀性越好,围压越大,破坏过程中声发射能量越接近幂律加速释放,反之则越接近线形释放。(4)声发射数加卸载响应比在岩石弹性变形阶段后期下降到1,可以作为岩石失稳破坏的前兆。岩石破坏过程中弹性能加速释放反映了其内部微裂纹的扩展演化过程和相关长度的增加,数值模拟结果对临界点理论给予了实验支持。岩石破坏过程中弹性能加速释放现象也可以被用来作为材料破坏以及地震发生的前兆,可以通过研究不同岩性岩石破裂过程中的声发射能量power-law加速释放拟合参数z,对岩石的失稳破裂时间进行反算。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 研究的目的和意义  10-11
  1.2 研究背景  11-16
    1.2.1 岩石声发射技术研究现状  11-13
    1.2.2 地震临界点理论  13-14
    1.2.3 数值分析方法研究现状  14-16
  1.3 研究的主要内容和方法  16-18
    1.3.1 拟采取的研究方法  16
    1.3.2 技术路线及实施方案  16-18
第2章 声发射技术简介及实验过程  18-31
  2.1 声发射技术  18-26
    2.1.1 声发射技术的概念  18
    2.1.2 声发射信号的产生  18-20
    2.1.3 声发射信号的传播特征  20-22
    2.1.4 声发射参数及分析  22-24
    2.1.5 声发射监测仪器  24-26
  2.2 实验过程  26-31
    2.2.1 实验设备  26-29
    2.2.2 岩石试样制备  29-30
    2.2.3 加载方式及实验过程  30-31
第3章 循环加载条件下岩石破坏声发射前兆特征  31-50
  3.1 循环载荷下岩石损伤理论  31-36
    3.1.1 损伤参量和声发射之间的关系  31-33
    3.1.2 卸载过程中的岩石损伤  33-34
    3.1.3 循环载荷下岩石损伤和声发射之间的关系  34-36
  3.2 循环加载下岩石破坏前兆特征  36-48
    3.2.1 花岗岩试件  36-43
    3.2.2 大理岩试件  43-48
  3.3 小结  48-50
第4章 岩石破坏过程中能量加速释放的实验研究  50-57
  4.1 能量加速释放理论  50-51
  4.2 实验结果处理  51-52
  4.3 岩石破裂过程中的能量释放前兆特征  52-56
    4.3.1 花岗岩试件  52-53
    4.3.2 大理岩试件  53-55
    4.3.3 砂岩试件  55-56
  4.4 小结  56-57
第5章 岩石破坏过程中能量加速释放的数值模拟  57-67
  5.1 RFPA~(2D)原理简介  57-60
  5.2 数值实验方案设计  60-61
  5.3 数值模拟结果及分析  61-66
    5.3.1 数值模拟实验结果  61-62
    5.3.2 岩石非均匀性对能量加速释放过程的影响  62-64
    5.3.3 围压对能量加速释放过程的影响  64-66
  5.4 小结  66-67
第6章 结论  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
作者简介  73
攻读硕士期间撰写和发表的论文  73

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 岩石（岩体）力学及岩石测试 > 岩体力学性质及应力理论分析
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