分级循环加卸载砂岩蠕变声发射特性研究

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岩石声发射是岩体破坏失稳监测的重要方法之一,目前,对岩石在不同荷载条件下破坏失稳的声发射特性方面进行了大量的研究。工程岩体的破坏与时间因素密切相关,岩石蠕变是引起岩体破坏失稳的重要原因,建立岩石蠕变与声发射特性的关系具有重要的理论和应用价值。本文通过理论和试验研究得到了如下主要结论:(1)建立了岩石蠕变损伤的声发射理论模型,该模型揭示了蠕变破坏与稳定蠕变的声发射特性。蠕变声发射具有与变形对应的衰减、平稳、加速三个阶段,声发射百分比分别呈衰减、波动、急增的特点,随着均质度的增加声发射将集中于岩石破裂的加速蠕变阶段。(2)通过分级循环加卸载砂岩蠕变声发射试验,研究了各循环岩石变形特征和弹性模量变化,采用粒子群优化算法进行了蠕变模型参数识别研究,获得了岩石黏弹性参数,在此基础上探讨了岩石蠕变损伤。岩石变形差异主要体现在蠕变阶段,经蠕变和卸载岩石刚度得到提高,蠕变模型中弹性参数、黏弹性模量和黏弹性系数取决于瞬时变形、减速蠕变阶段变形和进入稳定蠕变阶段的时间。(3)通过对声发射参数变化率及累计参数的分析,得到了加载、蠕变和卸载阶段的声发射变化规律,研究了不同应力水平蠕变声发射特征,揭示了岩石蠕变损伤机理。结果表明,蠕变阶段相对于加卸载阶段、高应力水平相对于低应力水平声发射具有频度低、强度高的特点。(4)基于快速傅里叶变换的方法,研究了不同应力水平蠕变声发射频率特征。各循环均出现次主频现象,频带随应力水平提高而变宽。(5)研究了蠕变声发射时间序列的分形特征,得到了不同应力水平关联分维数和时间的关系。同一应力水平关联分维数随时间稳定波动,蠕变声发射具有相对的均匀性;随载荷的提高关联分维数增大,蠕变声发射频度和强度上差异与载荷呈正相关。
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