岩石非均匀性和围压对Kaiser效应的影响

为了解采用Kaiser效应测原岩应力过程中的影响因素,应用岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)对岩样进行数值模拟分析。结果表明:利用Kaiser效应测得的原岩应力值比真实值要小;岩石先前所受围压越大,岩石的均匀性越差,利用该方法测得的Felicity比值越小,Kaiser效应点应力值与真实值相差越大;对于均匀性极差的试样,Felicity比值曲线在首次加载施加围压后出现明显的拐点;随着岩石均质度的提高,先前所受围压对于Kaiser效应的影响逐渐降低。Kaiser效应的本质是对岩石内部损伤的记忆而不是对先前所受最大应力的记忆,要想得到准确的原岩应力,必须根据岩石的损伤本构关系对单轴加载得到的Kaiser效应点应力值进行修正。     

岩石单轴压缩Kaiser效应的试验研究

岩石材料在压缩过程中能量释放将产生大量的声发射现象。本文基于Kaiser效应理论及Kaiser点的确定方法,运用单轴压缩试验研究分析了岩石试件的Kaiser效应,结果表明：当岩石压应力达到或超过先期加载应力水平时,将首次出现大量的声发射事件,此处应力水平点即为Kaiser点,采用声发射确定的Kaiser效应点应力值比真实值大8%-8.7%。这表明,Kaiser效应法是一种简单、直观、经济的地应力测定方法。     

岩石受载记忆的声发射实验研究

在刚性试验机上，对花岗岩试样进行了单轴循环加载试验，分析了试验过程中试样的状态参数、物性参数及声发射（AE）信息的变化规律，得到了四个不同循环加载阶段应力、应变及损伤因子与AE事件累计数的关系，并以Fencity比评判各参数对Kaiscr效应值记忆的准确性和稳定性。结果表明：岩石试样的物性参数（应变、损伤因子）对Kaiser效应值记忆的准确程度和稳定程度均好于状态参数（应力），岩石材料在受压变形过程中，“生的塑性变形是应力记忆能力出现Felicity效应的主要原因。     

花岗岩Kaiser效应的实验验证与分析

应用八通道的声发射系统,实验研究了10个花岗岩试样(150 mm×150 mm×150 mm)在单轴压缩循环荷载作用下的Kaiser效应,同时研究了保载、旋转(90°)加载和延时加载对Kaiser效应的影响.应用单纯形算法对声发射事件进行定位,研究裂纹扩展过程.结果表明:在初次加载条件下,声发射事件连续急剧产生,反映岩样本身的损伤程度;在岩样线弹性循环加载阶段,花岗岩表现出明显的Kaiser现象,同时表明岩石具有一定的受载记忆能力;声发射事件定位结果明显显示出裂纹的初始、扩展过程,与实际观察到的岩样破坏结果是一致的.同时发现保载、旋转(90°)加载和延时加载对Kaiser效应没有影响.但是,一...     

受拉加载速度变化对砂岩Kaiser效应影响

为分析受拉加载速度变化下的岩石破坏过程Kaiser效应特征,获取其机理和判断标准,通过3种加载速度的三点弯曲声发射试验,研究了受拉应力状态下砂岩Kaiser点的应力值与加载速度、声发射特征参数间的相互联系。运用RFPA2D从微裂纹开展角度,对试验过程中Kaiser效应随加载速度变化呈现的差异进行了机理分析。最后,运用小波分析方法获取了不同加载速度的砂岩Kaiser点频谱分布区间,量化了其宏观现象的判断标准。结果表明:砂岩的Kaiser效应特征参数与加载速度正相关,各参数的Kaiser点明显程度存在差异,累计事件参数最明显。加载速度越快,岩石裂纹扩展路径的规律性越弱。因裂纹竞争起裂趋势难度的变化,造成开裂能量分布均匀性降低,影响Kaiser效应的准确度和明显程度。Kaiser点的频率主要集中在0～312.50kHz范围,占比为40.54%,最大值在300kHz附近,呈现正态分布,并且Kaiser点的频率区间随加载速度的变化呈现不断紧缩趋势,这一规律可以作为反演辨识岩石受荷冲击强度变化的依据。     

永川煤矿T3xj4砂岩声发射特性及Felicity效应研究

在单轴和循环加载条件下对永川煤矿砂岩损伤破坏全过程的声发射特性进行了系统研究,结果表明:砂岩声发射类型与MOGI-I相似,应力应变全过程曲线对应的Kaiser点、屈服点及峰值点处声发射信号明显;随着循环加载水平的增加,不同轴向应力和轴向应变阶段对应的Felicity效应比值越来越小,反映了岩石损伤程度的增加。     

砂岩破裂失稳声发射临界特征与Kaiser点识别研究

为了研究砂岩内部微裂纹的损伤扩展特征,对取自鄂尔多斯盆地的19块细砂岩试样开展了单轴压缩声发射试验,获得了岩石脆性破裂失稳临界应力特征,并与重整化群条件下理论临界特征进行对比,开展了基于关联维数的Kaiser点综合识别法研究.结果表明:试样破裂失稳声发射临界特征比较明显,撞击率和能率均呈激增现象;临界应力强度比平均0. 767,与理论分析结果存在6. 5%的误差,与电阻率、红外辐射、波速、电磁辐射等多物理参量临界值基本一致;利用G-P算法计算撞击率时间序列的分形维数,呈上升—下降—上升趋势,且存在较大范围的分维下降区间;针对利用声发射特征参数不太容易确定Kaiser点的情况,结合降维区间分维突降点和撞击率激增点分布特征,提出了综合识别Kaiser点的方法;试样Kaiser点应力强度比平均0. 331,主要集中在0. 20～0. 50之间,研究成果可为岩石稳定性监测、失稳前兆预警和Kaiser效应测量地应力提供一定参考.     

基于声发射监测循环载荷下岩石损伤过程

应用声发射技术对循环载荷下岩石损伤过程进行了实验研究.基于加卸载响应比理论和损伤力学理论建立了循环载荷下岩石破坏过程中的内部损伤和声发射关系的数学模型,分析了循环加载方式下的岩石损伤演化过程和岩石失稳破坏的前兆.实验结果表明,岩石加载的声发射活动规律反映了其损伤过程;在循环加载条件下,随着载荷的增加,岩石在卸载过程中的损伤逐步增大,声发射数加卸载响应比Y值逐渐减小;对于大多数岩石试样而言,在其处于弹性变形后期时,声发射数加卸载响应比Y值达到(或接近)1并在小范围内波动,可以作为岩石失稳破坏的前兆,这对于循环载荷下岩石失稳破坏具有预测意义.     

载荷岩石材料在加载-卸荷扰动作用下声发射特性

通过在不同应力水平下对岩石试样的加载-卸荷实验,对岩石试件在不同应力状态下受到"加载-卸荷"扰动时的声发射特征进行了试验研究.结果表明:在较低的应力水平下,岩体在受到加载作用时,会产生少量离散的声发射,而在卸载过程中几乎不产生声发射;而在较高的应力水平下,在受到加载扰动作用时,声发射活动相对活跃,而且在卸载时也有明显声发射信号出现.因此,在不同应力水平和应力状态下的声发射信号所反映的是材料不同的本构特征,在进行地下工程原位岩体的稳定性检测与评价时,必须考虑这种特性.     

基于声发射监测的巴西盘试样破裂过程

应用声发射及盖格尔定位算法,实验研究了不同巴西盘岩样加载破裂失稳过程.结果表明:声发射事件主要由于裂纹扩展产生,在初始加载阶段直至裂纹萌生之前,其声发射活动不是很明显;一旦岩样出现初始裂纹,在相应的应力点声发射事件明显增多;在微裂纹扩展的非稳定阶段至岩石破坏瞬间,声发射活动变得异常活跃,声发射事件变化率最大.由此直观反映了巴西盘试验过程初始裂纹的产生、扩展空间位置及扩展方向,即大部分试样的破坏是从一加载端开始,而少数试样的初始裂纹是在岩样的内部产生.同时,声发射事件定位也是岩样内部应力场演化过程的宏观表现,这对于深入研究岩石破裂失稳机制很有意义.     

油田深部地层地应力测定的新方法

介绍了用声发射法测定深部地层地应力的原理，提出了一套利用声发射凯塞尔效应和抹录不尽现象，通过室内循环加载来准确测定井下岩样所受的３个主地应力的新方法，并对岩样的准备、实验参数设置及岩样恢复时间等因素对试验结果的影响进行了分析．用３个油田的现场地应力的实测结果进行了准确性验证，结果表明，精度可达要求     

声发射地应力测量中凯塞点的确定

准确判断凯塞点是岩石声发射地应力测量中的重点和难点 ,目前还没有一种有效的确定方法。对砂岩声发射试验中声发射信号的重标区间 (R/S)进行了分析 ,发现lg(R/S)与时间间隔对数值具有很好的线性相关性 ,相关系数均大于 0 .97,这表明声发射信号曲线具有分形特征。研究还发现 ,不同载荷阶段声发射信号曲线的赫斯特指数 (H)可反映声发射信号强弱变化的趋势。当H >0 .5时 ,声发射信号趋于加强 ;H <0 .5时 ,声发射信号趋于减弱。根据这一规律 ,通过计算声发射信号曲线的赫斯特指数 (或分形维数 ) ,便可确定声发射试验中的凯塞点。实践证明这是一种确定凯塞点的有效方法。     

Fractal analysis on the spatial distribution of acoustic emission in the failure process of rock specimens

The spatial distribution of acoustic emission (AE) events in the failure process of several rock specimens was acquired using an advanced AE acquiring and analyzing system. The box counting method (BCM) was employed to calculate the fractal dimension (FD) of AE spatial distribution. There is a similar correlation between the fractal dimension and the load strength for different rock specimens. The fractal dimension presents a decreasing trend with the increase of load strength. For the same kind of specimens, their FD values will decrease to the level below a relatively same value when they reach failure. This value can be regarded as the critical value, which implies that the specimen will reach failure soon. The results reflect that it is possible to correlate the damage of rock with a macroscopic parameter, the FD value of AE signals. Furthermore, the FD value can be also used to forecast the final failure of rock. This conclusion allows identifying or predicting the damage in rock with a great advantage over the classic theory and is very crucial for forecasting rockburst or other dynamic disasters in mines.     

循环冲击载荷作用下砂岩破坏模式及其机理

利用岩石动静组合加载SHPB试验装置对不同静载砂岩试件进行循环冲击试验,研究其破坏模式.在研究岩石试件界面摩擦力的基础上,对不同静载作用下岩石试件的应力状态进行分析.研究应力波斜入射到微裂纹时的作用效应,探索具有一定静载的岩石在循环冲击作用下的破裂机理.研究结果表明:对具有三轴静载的试件,应力波在其最大剪应力所在平面进行斜入射时优先破坏.在循环冲击载荷作用下,具有轴向静载的岩石在破坏过程中具有明显的端部效应,而没有轴向静载的岩石则没有端部效应;静载荷的组合形式对岩石在循环冲击作用时的破坏模式影响较大;无静载荷作用时,岩石在循环冲击时逐步破坏成几块,破裂面平行于纵向面,属于张应变破坏;只有轴向静载作用时,岩石试件第1次破坏形成共轭双曲线型破裂面,进而在入射界面处发生破坏,破坏都属于张剪破坏;具有三轴静载作用时,由于轴向静载的不同,岩石最终破坏成圆锥台、圆锥体和V型锥体,破坏属于拉剪破坏.     

应用岩石声发射凯塞效应测定地应力

本文介绍和分析了应用岩石声发射凯塞效应在实验室测量地应力的方法和存在的问题。指出，Ｋａｉｓｅｒ效应测定的地应力与现场实测值相近，Ｋａｉｓｅｒ效应存在于岩石变形的弹性阶段，记忆现今应力，围岩对Ｋａｉｓｅｒ效应影响较小，Ｋａｉｓｅｒ效应方向独立性近似成立。     

诱导冒落的声发射特性研究

采用RFPA软件,模拟不同应力场、不同节理分布的岩体冒落过程中声发射特征.研究表明:水平节理顶板声发射集中分布于采场上拱角处;竖向节理顶板声发射沿着竖向损伤破坏面和剪切破坏面分布;共轭节理顶板声发射沿着空区与水平面呈45°+φ/2方向,位于节理端部;高应力岩体声发射沿着采场竖墙发生,声发射沿着冒落拱形迹线分布.冒落过程声发射的能量变化分为两个阶段,第一阶段为平稳阶段,第二阶段为突变阶段,结果表明突变阶段的能量变化率为第一阶段的5倍以上时,可作为顶板冒落的判据,为工程预测塌陷及冒落提供指导.     

Experimental and theoretical analysis on the procedure for estimating geo-stresses by the Kaiser effect

Acoustic emission tests of the core specimens retrieved from boreholes at the depth over 1000 m in Hongtoushan Copper Mine were carried out under uniaxial compressive loading, and the numerical test was also done by using the rock failure process analysis (RFPA2D) code, based on the procedure for estimating geo-stresses by the Kaiser effect under uniaxial compression. According to the statistical damage mechanics theory, the Kaiser effect mechanism was analyzed. Based on these analyses, it is indicted that the traditional method of estimating geo-stresses by the Kaiser effect is not appropriate, and the result is usually smaller than the real one. Furthermore, the greater confining compression in the rock mass may result in a larger difference between the Kaiser effect stresses acquired from uniaxial loading in laboratory and the real in-situ stresses.