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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。研究和分析这些声发射信号的特征参数对于进一步认识岩石破坏过程中内部裂纹的扩展规律以及预测预报矿山现场的冲击地压(岩爆)具有重要的价值。
本文通过室内声发射实验,监测不同岩性试样受载破坏过程中的声发射事件,并基于分形理论,建立了描述声发射空间分布特征的分维模型(数目-半径法和计盒维数法),重点对岩石试样不同破坏阶段的声发射空间分布分维值的变化特征进行了分析,得到了以下一些结论:
(1)不同岩性试样破坏过程中声发射事件的空间分布反映了内部裂纹萌生和扩展规律。岩石试样破坏前在中间形成的声发射事件相对较少的“空白区”蕴含了岩石宏观裂纹扩展的趋势,此结果对开展冲击地压(岩爆)预测预报研究具有重要的理论价值。
(2)岩石试样破坏过程中声发射的空间分布具有分形特征。随着载荷增加,试样内部破坏程度增加,声发射分布的分维值持续降低,到试样临近破坏时,分维值降到最低。
(3)岩石破坏过程中声发射分维值持续降低,说明岩石内部裂纹是从最初的不规则分布,渐渐向某个或某几个破裂面汇合(即相对比较规则的分布)的一个过程。
(4)对于同一岩性的岩石试样,临近破坏前的计盒分维值会降低到一个“临界值”以下,此“临界值”可以被当做岩石试样即将破坏的标志。这一结论对于矿山现场冲击地压(岩爆)的预测预报具有重要的参考价值。