基于声发射特征的充填体损伤演化研究

为探究声发射信号与充填体细观破坏之间的关系,研究声发射特征振铃计数、能率和应力随时间的变化规律,进一步揭示充填体损伤演化过程,进行了全尾砂胶结充填体声发射特性力学实验。基于损伤力学理论并引入有效损伤率,得到基于声发射累积事件率的损伤变量,然后构建了充填体损伤本构方程。研究结果表明,声发射振铃计数和能率在不同受力阶段呈现不同变化,与充填体内部孔隙及裂纹损伤演化过程有密切关系。振铃计数在弹性阶段前期达到最大,屈服阶段逐渐降低至最小;有效损伤率值与理论峰值应力呈负相关;与实验峰值应力相比,理论峰值应力出现于应变较大处;充填体为高损伤介质,当有效损伤率取值趋近于1时,理论模型曲线与实验曲线变化趋势相同,可以较好的描述充填体应力应变关系。     

构造应力对马蹄形巷道稳定性的影响及支护设计

根据马蹄形巷道受力后产生的变形特征,利用复变函数对马蹄形巷道进行弹塑性分析,研究构造应力的大小与方向对马蹄形巷道稳定性的影响,并针对马蹄形巷道稳定性问题,提出锚杆、锚索和混凝土喷层的联合支护方式。结果表明:构造应力大小及方向对马蹄形巷道的稳定性存在一定的影响,其中构造应力大小显著影响马蹄形巷道变形状态,沿最大水平主应力方向布置可改善巷道的稳定性;联合支护后的马蹄形巷道的变形位移量约为支护前的1/4,具有良好的支护效果。     

水对花岗岩巷道岩爆红外辐射特征的影响

为研究水对岩爆发生的影响,采用自然与饱水花岗岩进行岩爆模拟实验,以美国Therma CAM SC3000红外热像仪为观测手段,研究了水对花岗岩巷道岩爆红外辐射特征的影响.结果表明:饱和花岗岩AIRT初始阶段温度上升速度快;岩爆发生前饱和岩样最高、最低温度均有微小突变,饱和岩样的岩爆前兆特征更易捕捉.岩爆瞬间,自然岩样孔洞左右两侧AIRT突然升高,岩样表面最低温度曲线呈线性上升,而饱和岩样AIRT和最低温度曲线均下降;饱和花岗岩AIRT平均值比自然花岗岩高,并且单位载荷下AIRT增量更大;趋近岩爆发生,花岗岩红外辐射温度表现出临界慢化特征,系统内在变化速率降低,与前一时刻状态越来越相似,其自相关系数转向增大的趋势,这可以作为岩爆发生的前兆特征.     

干燥与饱水泥质粉砂岩破裂声发射及损伤演化

利用TAW-3000型伺服控制试验机和PCI-2型声发射监测系统,对干燥和饱水两种状态下的泥质粉砂岩进行了单轴压缩破裂声发射监测试验,研究了两种状态下岩石的力学与声发射特性的不同以及基于声发射为基础的损伤演化过程的区别.研究表明:饱水试件的强度、弹性模量及破坏程度均较干燥试件降低,干燥试件属于典型的脆性破坏,饱水试件则发生塑性破坏;监测到的饱水试件声发射事件率水平和峰值均较干燥试件降低,饱水试件在破坏前声发射事件率曲线出现特有的增长"沉寂区",可作为实际工程预警的前兆.推导和建立了基于相对累计声发射事件率为基础的损伤演化方程,且根据Weibull参数β的拟合值表明干燥试件内部微元强度分布集中程度和均质性均强于饱水试件,即水对泥质粉砂岩造成了一定程度的损伤.