红砂岩特征强度点声发射特性研究

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在深部高应力条件下,岩体主要以脆性破坏为主,岩石的脆性破坏与岩石内部裂纹演变息息相关,而起裂强度和损伤强是裂纹演化过程中两个非常重要的分界点。本文以红砂岩作为特征强度的研究对象,通过单轴加载声发射实验对红砂岩的特征强度进行研究,探讨和对比三种确定特征强度的方法,并分析了声发射事件数、振铃计数和能量在特征点处的特征,同时,基于聚类分析法对破坏前的声发射信号峰值频率进行分析,并分析了破坏前声发射ΣN/ΣE和破坏特征。本文研究的主要结论如下:(1)红砂岩的起裂强度约为峰值强度的0.24~0.47倍,损伤强度约为峰值强度的0.7~0.87倍;(2)在声发射参数取值法中,通过振铃计数第一次突增估判起裂强度点更为简单可靠,而估判损伤强度点时应优先考虑能量分析;根据声发射特征将岩石分为两类:第一类岩石为损伤点后声发射出现平静期,第二类岩石为损伤点后声发射持续;(3)峰值频率随荷载的增加数量逐渐增多,分布范围变得更宽,在加载初期主要集中在120KHz和280KHz左右,在临近破坏时,峰值频率集中带范围变广,同时伴随着较多高于400KHz的峰值频率出现;(4)当应力低于起裂强度时,低频率数量与总频率数的比波动性大,总体上呈减小的趋势,但两类频率数量均增加,应力超过起裂强度后,该比值保持平稳直至应力达到峰值强度的90%,之后高频所占的比例增加;(5)在起裂点处,一类频率与总频率数比值与时间曲线出现了拐点,即减小趋势向平稳趋势过度的拐点,损伤点处的该比值则处于平稳趋势;通过声发射峰值频率很难判断出岩石的损伤强度;(6)红砂岩破坏前的r值(ΣN/ΣE)曲线呈现“阶梯”状,临近破坏时,r值在整个过程中最小,因此,可通过r值的来预判岩石的破坏;(7)r值在起裂点及损伤点处的变化差异性大,并无规律性可言,因此,通过r值的变化估判岩石的起裂强度点和损伤强度点是不可行的;(8)红砂岩的破坏模式主要以X共轭斜面剪切破坏为主,对试验前后的红砂岩进行显微镜扫面试验,破坏后岩石内部结构比破坏前更为密实;
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
第一章 绪论第9-18页
    1.1 课题来源第9-10页
    1.2 研究目的与意义第10页
    1.3 国内外研究现状第10-15页
        1.3.1 声发射研究现状第10-13页
        1.3.2 特征强度研究现状第13-15页
    1.4 研究内容第15-16页
    1.5 研究方法与技术路线第16-18页
第二章 红砂岩特征强度单轴声发射试验第18-26页
    2.1 试件制备第18-20页
    2.2 试验系统第20-23页
        2.2.1 加载系统第20页
        2.2.2 声发射采集系统第20-21页
        2.2.3 应变测试系统第21-23页
    2.3 试验过程第23-24页
        2.3.1 加载控制过程第23页
        2.3.2 声发射数据采集第23页
        2.3.3 应变采集第23页
        2.3.4 试验步骤第23-24页
    2.4 试验结果初步分析第24-25页
        2.4.1 应力应变曲线第24页
        2.4.2 单轴抗压强度第24-25页
    2.5 本章小结第25-26页
第三章 红砂岩特征强度取值法研究第26-45页
    3.1 特征强度定义第26页
    3.2 特征强度取值方法第26-30页
        3.2.1 裂纹体积应变模型计算法第26-28页
        3.2.2 声发射参数取值法第28-30页
        3.2.3 移动点回归法第30页
    3.3 特征强度处声发射参数特征研究第30-40页
        3.3.1 声发射事件数第31-33页
        3.3.2 振铃计数第33-36页
        3.3.3 能量第36-38页
        3.3.4 综合分析第38-39页
        3.3.5 结果对比分析第39-40页
    3.4 移动点回归法确定特征强度第40-43页
    3.5 本章小结第43-45页
第四章 红砂岩单轴声发射及破坏特征分析第45-61页
    4.1 引言第45页
    4.2 红砂岩破坏过程声发射信号峰频聚类分析第45-53页
        4.2.1 聚类分析第45-46页
        4.2.2 K-means算法第46-48页
        4.2.3 峰值频率分布第48-51页
        4.2.4 聚类分析结果第51-53页
    4.3 峰值强度前声发射ΣN/ΣE特性第53-56页
    4.4 破坏特征第56-59页
        4.4.1 红砂岩破坏形式第56-58页
        4.4.2 试验前后显微镜扫面结果分析第58-59页
    4.5 本章小结第59-61页
第五章 总结与展望第61-64页
    5.1 本文结论第61-62页
    5.2 展望第62-64页
参考 文献第64-69页
致谢第69-70页
攻读学位期间的研究成果第70-71页
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