巖石應力記憶特性的聲發(fā)射試驗及理論研究.pdf

1、原地應力測量越來越受到地學界和工程界的重視，因為它是人們了解地殼巖石中應力狀態(tài)最為直接的手段。凱塞效應（Kaiser Effect）測地應力方法因測試成本低、難度小，在國內(nèi)外普遍受到重視。但是有關(guān) Kaiser效應機理及其影響因素的一些問題尚未弄清，例如 Kaiser效應的方向性、應力水平、濕度、溫度、加工應力等因素對凱塞效應的影響等，特別重要的是巖石試樣脫離巖體后，其對應力的記憶性是否隨時間推移而削弱或消失對試驗結(jié)果的準確性影響很大。

2、從巖石脫離巖體至最終加工成型再進行加載試驗總是有一定的時間間隔，如果在這一時間間隔內(nèi)巖對應力的記憶不準確或消失，試驗結(jié)果將失去意義。縱觀現(xiàn)有的研究成果，巖石對先期應力的記憶準確性是否受時間因素影響并無定論，而且均為試驗結(jié)論，缺少相應的理論解釋。
　　本文以砂巖為研究對象，利用WAW-1000型電液伺服試驗系統(tǒng)和PCI-2全數(shù)字化聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)對軸心受壓、三點彎曲和圓盤劈裂試驗條件下的聲發(fā)射特性和信號時頻特征進行了較為深入的研究

3、，主要研究內(nèi)容如下：
　?、佾@得了砂巖單軸壓縮、三點彎曲和圓盤劈裂試驗下的Kaiser效應時間延遲變化規(guī)律。得出了砂巖單軸壓縮試驗 Kaiser效應存在時間延遲，三點彎曲試驗Kaiser效應不存在時間延遲，圓盤劈裂試驗 Kaiser效應是否存在時間延遲并不明確的結(jié)論。并擬合出費利西蒂比（Filicity Ratio，F(xiàn)R）與延遲時間的對應公式，對砂巖應力記憶規(guī)律進行了量化分析。同時還給出了相應的物理降噪方法。
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4、細比試件的單軸壓縮試驗，得出圓柱體試件長細比在2.5以內(nèi)的Kaiser效應比長細比大于2.5明顯的結(jié)論。對浸水后試件的單軸壓縮試驗，得出Kaiser效應試件浸水后將不能準確反應先期最大應力（拐點明顯）的結(jié)論，Kaiser效應與試件的含水率有一定的聯(lián)系。對花崗巖的單軸壓縮試驗，得出花崗巖的Kaiser效應不受時間延遲影響的結(jié)論。
　?、凵皫r單軸壓縮、三點彎曲和圓盤劈裂試驗的三種試驗方式，獲得的應變曲線與聲發(fā)射累計振鈴數(shù)曲線的變化有明

5、顯對應關(guān)系，表明聲發(fā)射現(xiàn)象與其裂紋的發(fā)展有關(guān)。循環(huán)加載過程中，砂巖單軸壓縮試驗的縱向應變豎直段（裂紋壓密階段）和縱向應變斜直線段（裂紋的開展）對應的聲發(fā)射累計曲線陡增，表明砂巖單軸壓縮試驗聲發(fā)射現(xiàn)象與裂紋壓密和裂紋再次開展有對應關(guān)系；三點彎曲和圓盤劈裂試驗的縱向應變曲線上升段（裂紋的開展）對應的聲發(fā)射累計曲線陡增，表明三點彎曲和圓盤劈裂試驗聲發(fā)射現(xiàn)象與裂紋再次開展有對應關(guān)系。
　?、軐β暟l(fā)射試驗波形數(shù)據(jù)進行時頻分析，建立了聲發(fā)射信

6、號波形的頻譜分布與試件內(nèi)部裂紋變化的對應關(guān)系，解釋了砂巖應力記憶現(xiàn)象的物理意義。同時編制了運用主次頻率差的波形特征搜索方法的Matlab程序，可對Kaiser點進行自動判斷，并成功地對單軸壓縮的Kaiser點進行了識別。
　　⑤從原裂紋在重復荷載作用下沿原有路徑開裂難易程度的角度，建立了砂巖單軸壓縮、三點彎曲和圓盤劈裂試驗三種試驗方式對應的二維力學模型，并對Kaiser效應時間延遲問題作了理論解釋，其計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合。同時借