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岩石单轴加载声发射特性研究

作　者: 王鹏
导　师: 赵兴东
学　校: 东北大学
专　业: 采矿工程
关键词: 单轴加载应力阈值波速花岗岩
分类号: TD313
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

岩石是典型的具有非均匀性的脆性材料,内部富含各种缺陷(微裂纹、孔隙、节理裂隙等),在受载破坏过程中会产生大量的声发射信号。由于声发射信号产生于岩石内部微裂纹的萌生或扩展,因此每个声发射信号都包含了岩石内部结构变化的丰富信息。本文通过单轴压缩加载试验,结合加载过程中声发射特点,建立岩石破坏过程中其裂纹损伤应力阈值、峰值应力、波速三者关系的数学模型,分析岩石内部裂纹发育的临界阂值,探究岩石破裂失稳前兆。具体研究内容主要有以下几个方面：(1)通过岩石单轴加载声发射实验,利用声发射系统监测岩石试样受载过程中的声发射现象对花岗岩单轴加载破裂的不同阶段(压密阶段、裂纹初始、裂纹扩展以及失稳等)的声发射活动特性进行分析。(2)通过建立单轴加载条件下,岩石试样破坏过程中,其内部损伤和声发射的关系。研究单轴加载方式下的岩石损伤演化过程和岩石失稳破坏的前兆信息,并对应力阈值预测岩石破坏进行可靠性研究。(3)通过分析轴向应变,环向应变,试样体应变,确定试样裂纹损伤应力阈值,声发射率等参数,研究裂纹发育不同阶段声发射参数的特征,试分析多渠道辨别岩石内部裂纹发展状态可行性。(4)基于岩石声发射技术,利用线性回归统计方法,研究单轴加载条件下,波速、裂纹损伤应力阈值,峰值应力三者之间的数学关系。以此提取捕捉岩石失稳破坏的前兆信息。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 声发射研究现状  12-14
  1.3 岩石破坏研究现状  14-15
  1.4 研究目的及意义  15-16
  1.5 本文研究内容和方法  16-19
    1.5.1 研究内容  16-17
    1.5.2 技术路线和实验方法  17-19
第2章声发射技术原理及监测  19-29
  2.1 声发射原理介绍  19-21
  2.2 声发射技术特点  21-22
  2.3 声发射信号的传播特征  22-23
  2.4 声发射参数及分析  23-26
  2.5 声发射监测仪器  26-27
  2.6 小结  27-29
第3章声发射源定位原理及其验证  29-39
  3.1 声发射定位原理  29-34
    3.1.1 声发射源定位方法  29-34
    3.1.2 定位结果的误差分析  34
  3.2 本文采用的定位算法  34-37
    3.2.1 AE信号的到时提取  34-36
    3.2.2 基于最小二乘法的声发射源组合定位算法  36-37
    3.2.3 定位结果的误差分析  37
  3.3 定位算法的试验验证  37-38
  3.4 小结  38-39
第4章单轴加载岩石破裂失稳过程声发射活动特性研究  39-55
  4.1 实验设备  39-42
  4.2 体应变曲线和应力应变曲线对比分析  42-45
    4.2.1 岩石应力阈值分析  42-44
    4.2.2 裂纹损伤应力阈值确定  44-45
  4.3 单轴加载条件下岩石破裂过程研究  45-49
    4.3.1 岩石试样的制备  45-46
    4.3.2 加载方式  46-47
    4.3.3 岩石应力阈值分析  47-49
  4.4 岩石破裂过程中声发射特点  49-51
  4.5 声发射事件定位  51-53
  4.6 小结  53-55
第5章波速和σcd/σc经验公式得出  55-65
  5.1 波速和裂纹损伤阈值占峰值应力的百分比关系式  55-60
    5.1.1 岩样一数据分析  55-57
    5.1.2 算法介绍  57-60
    5.1.3 经验公式得出  60
  5.2 岩样二的试样的制备  60-61
  5.3 加载方式  61
  5.4 岩石应力阈值分析  61-63
  5.5 公式的验证  63-64
  5.6 小结  64-65
第6章结论与展望  65-67
  6.1 结论  65-66
  6.2 展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71

岩石单轴加载声发射特性研究

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