含水岩石损伤破坏声发射特征试验研究

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目前,国内外大量学者围绕声发射技术应用于岩石损伤监测进行了广泛研究,促进了这一技术的发展和应用,众所周知,自然界中的岩石均含有一定量的水分,地下水是影响岩体流变及工程稳定性的重要因素。水的存在,使声发射信号变得更加复杂,针对这一问题,本文在含水岩石破裂过程声发射试验的基础上,对不同含水量岩样损伤破坏声发射特征进行了研究。首先,对不同含水量完整岩样进行单轴压缩试验,同时使用声发射实验仪器对整个实验过程的声发射数据进行监测和记录。选取砂岩、花岗岩各15块并用烘干设备烘干,分别选出3块作为干燥岩样,其余进行泡水处理,制成干燥到饱和之间不同含水量的试样并进行试验。试验结果表明干燥完整岩样声发射事件数与其加载时间存在以下几个阶段:第一阶段,试验初始阶段声发射事件数增长缓慢,声发射事件数变化并不明显;第二阶段,声发射事件数变化率大于第一阶段,并趋于稳定;第三阶段,试验即将结束前,声发射事件数变化率变大,声发射事件数瞬间达到顶峰直至实验结束。由于加载速率分别为砂岩20kN/min、花岗岩30kN/min的自动控制系统,因此,声发射事件数与应力的关系也遵循这三个阶段。对于其它含水量岩石,其强度会随含水量的增加而减小,声发射事件数也随含水量的增加而减小,砂岩岩样的强度明显小于花岗岩,其声发射事件数也少于花岗岩,但其含水量要大于花岗岩,含水量对花岗岩声发射特征的影响也要小于其对砂岩的影响。砂岩的破坏形态会随着含水量的增加而破坏的更完全,但总体破坏形态不变;花岗岩的破坏形态与含水量多少关系不大。其次,进行了带预制裂纹不同含水量砂岩、花岗岩单轴压缩声发射特征实验研究。实验结果显示,带预制裂纹岩石声发射特征与完整岩样声发射特征比较相似,但带预制裂纹的岩样声发射事件数的增长率第一与第二阶段的拐点比较靠后,由于其强度也弱于完整岩样,因此,其声发射事件数也少于完整岩样。带预制裂纹的砂岩破坏形态是由试样上下两端至预制裂纹根部各有一道裂纹,其含水量越大,破坏越完全,部分区域会有粉碎性破坏。花岗岩的破坏形态与砂岩相似,但其裂纹相对较少,几乎没有粉碎性破坏。
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