类岩石材料的力学及声发射特性研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangheng1991
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伴随我国经济建设的高速发展,能源开采的需求不断增加,开采难度亦随之增加,由此导致工程中对岩石的取样和研究变得较为困难。类岩石材料能在一定程度上反映岩石的破裂失稳机制,且类岩石材料模型试验是解决大型岩体工程中各种问题的重要研究手段之一,因此有必要研究类岩石材料的力学特性。针对以上工程背景,本文以不同配比类岩石材料为研究对象,对其物理力学性质敏感性、变化规律及破裂机理展开研究。本文首先以石英砂、重晶石粉、水泥及石膏为原材料,按照正交试验设计方案制备类岩石试样,开展单轴压缩声发射及巴西劈裂试验,并利用极差敏感性分析及线性回归方程对其物理力学参数进行统计与计算;其次基于单轴压缩声发射试验结果,对不同配比试样的声发射时域参数、频域波形进行分析,从多参量、多角度分析研究不同配比类岩石材料在荷载过程中的声发射特性及损伤演化规律,全面揭示类岩石材料损伤破裂机制与声发射信号的内在联系。主要研究成果如下:(1)通过对正交试验设计方案制备的不同配比类岩石材料的物理力学参数进行敏感性分析,表明对密度起主要影响作用的为水泥石膏比,对单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量起主要影响作用的为骨料含量;通过线性回归分析,确认正交设计方案的可靠性。(2)通过分析不同骨料含量类岩石材料的力学性质,表明随着骨料含量的增加,试样单轴抗压强度与弹性模量呈现先减弱后增强再减弱趋势;而试样峰后承载能力为先减弱后增强;试样的宏观破坏均以张拉破坏为主;微破裂空间定位分布情况表明,试样破裂源定位与试验宏观破裂情况保持一致性。(3)类岩石材料声发射的时域参数变化规律表明,各组试样在临近破坏时声发射事件率曲线出现的低事件率空缺可作为类岩石破坏的声发射前兆信息,类岩石材料空缺区域明显小于参照砂岩空缺区域,骨料含量的增加使试样荷载前期活跃性逐渐减弱;骨料含量增加对试样裂纹发育起促进作用,不同骨料含量试样产生的裂纹均以张拉裂纹为主。(4)类岩石材料声发射的频域参数变化规律表明,骨料含量的增加对试样的裂纹数量与裂纹发育程度产生较大影响。随着骨料含量的增加,试样在荷载阶段破坏形式的复杂性和多变性增强。(5)类岩石材料破坏特征参数变化规律表明,各组试样均在主破裂发生后出现b值下降现象,该现象可作为类岩石材料已发生破裂失稳信息之一。
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