随着煤矿逐渐地转向深部开采,工程灾害问题频发,为保障人身安全及减少财产损失,除了研究工程岩体本身固有力学特性之外,还要考虑多种人为和自然因素对工程岩体的影响,如开采扰动引起的应力场和地质环境等。在巷道或煤层开挖之前,煤层及顶底板围岩处于稳定和平衡的三向应力状态。随着巷道的掘进及煤层的开采,围岩多经受复杂的加载和卸载过程,且不同的掘进和开采方式,产生不同的应力路径和采动影响,进而使围岩的变形、强度及破坏方式不同。同时,声发射是表征岩石的变形破坏成熟手段之一,研究采动应力路径下岩石的声发射特征是揭示开采扰动下岩石的破坏机理的有效途径。本文采用TAW-2000试验机和声发射监测系统对红砂岩进行常规单轴、三轴压缩和不同采动应力路径下岩石的声发射试验,通过声发射参数分析了常规加载和不同采动应力路径下红砂岩的损伤演化规律;结合分形理论分析了红砂岩在单、三轴压缩和不同应力路径下的时空演化规律,通过本文的研究,在以下方面取得了一些进展,取得的主要成果如下:(1)基于声发射实验结果,分析了岩石变形破坏全过程声发射时间序列的演化规律。常规单轴压缩经历了三个阶段(上升期-平静期-活跃期),平静期可作为单轴压缩条件下岩石变形破坏的前兆信息;三轴压缩经历四个阶段(压密阶段,弹性阶段,裂纹扩展阶段以及破坏阶段),围压对声发射活动是有抑制作用的,围压越大抑制作用越大,振铃计数与时间的曲线形态愈陡,出现加速拐点的应力水平愈滞后,声发射累计振铃计数急速增加可以视为岩石发生整体破坏的前兆。不同采动应力路径下声发射时间序列演化分为3个阶段,第二加卸载阶段(阶段III)振铃计数随时间的急剧增加和振铃计数率的陡增可以视为岩石破坏变形的前兆信息。(2)分析了单轴压缩、三轴压缩和不同开采条件实验声发射参数中的上升时间和幅值的比值RA值及平均频率AF值的演化过程,揭示了岩石损伤破坏模式。单轴压缩主要以张拉破坏为主,三轴压缩和不同采动应力路径下砂岩主要呈剪切破坏。破坏程度按照无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采顺序依次降低。(3)通过G-P算法结合matlab语言编写程序求得振铃计数率时间序列的关联分维数,研究分析得到_tD的变化规律。码尺r与关联函数的对数在一定尺度范围内成线性关系,相关系数较大,表明声发射的时间序列一个分形分布。不同应力路径下关联维_tD的总体演化趋势均呈现出先增大后加速降低趋势,临近峰值应力时_tD均出现较明显的加速下降现象。此阶段大致对应岩石的加速破裂期,预示宏观裂纹的形成和岩石失稳的临界状态。(4)通过声发射定位技术,基于柱覆盖方法理论计算得到AE空间分维_sD,分析了不同应力路径下空间定位点的关联维数_sD的变化规律。声发射的空间定位也是一个分形分布。岩石声发射空间定位的总体演化趋势基本相同。空间分维_sD呈现下降趋势。临近峰值应力时_sD处于下降阶段,并均有较明显的加速下降现象,预示着岩石失稳的临界状态。临近峰值应力时_sD有明显的加速下降阶段,无煤柱开采方式_sD下降速度最快,放顶煤次之。