岩石试块单轴加荷过程中弹性波速变化规律的试验研究

对单轴压力作用下岩石试块应力状态与P波(纵波)速度之间的关系进行研究分析。单轴压力试验结果表明,在单轴压缩条件下,随着岩石所受荷载的增大,在岩石试块内部不同方向上传播的弹性波速度也在增大,但在不同方向上增大的幅度不同:在靠近压力作用方向上,弹性波速度增加较大;在垂直于压力作用方向上,弹性波速度增加较小。     

小应力扰动下岩石弹性波速变化的波形检测

弹性波速变化能够反映岩石内部结构和应力的变化,成为工程结构监测的重要基础,其关键是实现小应力扰动下的高精度检测。在室内建立一套试验测量系统,对3类岩石的6块样品进行单轴压缩试验,同步记录小应力作用下岩石的应变、声发射及超声波波形。分析岩石非均质引起的多次散射波(尾波)特性,利用尾波干涉测量实现波速变化的高精度波形检测,发展小应力扰动下岩石弹性波速变化的检测方法,并对尾波波速随应力的变化规律进行分析。结果表明:尾波干涉测量可以实现小应力扰动下的高精度动态监测,具有对岩体扰动小、灵敏度高、稳定性好、操作简单的优点;所提方法应用的条件是介质散射强度高,尾波较为发育,观测系统重复性好;尾波波速随应力的相对变化率dv/v是岩石损伤状态的一种表征,尾波波速变化具有记忆效应;与声发射相比,所提方法稳定,易识别,可用于岩心地应力测试。     

岩石破坏过程中波速变化特征研究

在单轴阶段加载条件下,对取自闽南地区的闪长岩岩样进行了不同方向上纵波传播速度的测试,首先根据实验结果总结出不同方向波速在岩石破裂过程中的变化规律,然后基于应力微小变化范围内波速变化与应力遵循线性关系的假设构建波速-应力关系模型,最后通过多参数分段拟合方式求解模型待定系数。研究结果表明：微裂纹演化在方向上的不均匀导致不同方向波速变化规律的差异。平行于加载方向的波速在压密阶段快速上升,岩石破裂前的波速降不明显。而垂直于荷载方向的波速在压密阶段少量上升后在临近岩石破裂出现非常明显的波速降。波速-应力关系模型模型通过参数的变化可以准确的描述不同方向波速的变化过程,证明了模型的适用性。     

三轴应力下饱和水砂岩动静态弹性参数的试验研究

建立了一套试验装置，以解决含水岩样变形的电阻应变片测量问题，并实现有孔隙压力的三轴应力下饱和水岩样纵、横波速度和变形的同步测试，通过时８块砂岩岩样的测试，初步得出了饱和水砂岩波速和动静态弹性参数随应力状态变化的基本规律，给出了岩石静态弹性模量和静态泊松比随岩石密度、孔隙度和围压等参数变化的多元线性回归关系式，并对动、静态弹性参数间的关系进行了初步分析。     

岩石破坏过程中波速变化特征

在单轴阶段加载条件下,对取自闽南地区的闪长岩岩样进行了不同方向上纵波传播速度的测试.首先根据实验结果总结出不同方向波速在岩石破裂过程中的变化规律,然后基于应力微小变化范围内波速与应力遵循线性关系的假设构建波速-应力关系模型,最后通过多参数分段拟合方式求解模型待定系数.研究结果表明:平行于加载方向的波速在压密阶段快速上升,岩石破裂前的波速降不明显.而垂直于荷载方向的波速在压密阶段少量上升后在临近岩石破裂出现非常明显的波速降.波速-应力关系模型通过参数的变化可以准确地描述不同方向波速的变化过程,证明了模型的适用性.     

三轴应力下饱和水砂岩动静态弹性参数的试验研究

建立了一套试验装置，以解决含水岩样变形的电阻应变片测量问题，并实现有孔隙压力的三轴应力下饱和水岩相纵、横波速度和变形的同步测试，通过了８块砂岩岩样的测试，初步得出了饱和水砂岩波速和动静态弹性参数随应力状态变化的基本规律，给出了岩石静态性模量和静态泊松比随岩石密度、孔隙度和围压等参数变化的多元线性回归关系式，并对动、静态弹参数间的关系进行了初步分析。     

岩石加载过程声波波速变化规律实验研究

通过对花岗岩、片麻岩、大理岩和砂岩进行加载,探寻岩石波速随应力变化的响应特征.实验结果表明:花岗岩和片麻岩在线弹性加载阶段,波速-应力呈线性上升;波速达到峰值之后,波速-应力为二次函数非线性变化,再继续加载则岩样发生破坏.大理岩及砂岩在整个加载过程中波速基本保持恒定.依据成岩类型将波速变化分为两种类型:Ⅰ型,波速线性增加—峰值波速—缓慢下降—突然下降(破坏);Ⅱ型,波速不变—突然下降(破坏).在循环荷载作用下,岩石在线弹性加载阶段,波速呈线性上升;当增加到一定载荷,波速突然下降,岩样发生破坏.以上研究表明,在线弹性加载阶段,波速增加主要是密度变化引起的,裂纹萌生、扩展、贯通直接影响波速随应力的...     

基于三轴加卸载试验的花岗岩弹性模量变异与能量演化分析

为了研究岩体的变形特征和能量特征与其所处应力状态之间的关系，开展了5种围压下花岗岩的三轴循环加卸载试验.基于应力-应变曲线，计算了循环加卸载过程中花岗岩的弹性模量和能量密度，分析了应力状态对弹性模量及能量演化规律的影响.研究结果表明：轴向弹性模量随围压的增大而增大，随轴向应力的增大先增大后减小.轴向弹性模量与最大、最小主应力呈现良好的二次函数关系.随着围压的增大，能量密度与弹性能占比(弹性能与输入总能量之比)均显著增大，岩石储能能力提高；随着轴向应力增大，弹性能占比先增大后减小.弹性能占比减小阶段即岩石损伤加剧阶段，围压的增加延长了岩石的损伤演化过程.最后讨论了应力状态、岩石力学参数及能量状态的关联性.     

冻融循环条件下灰岩力学性能试验研究

为研究灰岩在不同冻融循环条件下岩石物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 KN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明：随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,随着冻融次数的继续增加,塑性特征逐渐明显,岩样脆性逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

线性节理对岩石电磁辐射传播的影响

基于岩石压电效应,依据应力波下电场值的表达式及应力波在节理处的透射解,获得垂直入射应力波作用下产生的电磁波在线性节理面前后的强度关系,并且研究节理参数、岩体电性参数以及入射波频率对电磁辐射传播过程中强度的影响.研究结果表明:电磁辐射的强度随节理初始刚度增大而增大,随频率增大而减小;电磁辐射强度随黏性系数的增加先减小后增大,这与黏性系数变化过程中所导致的电阻率的变化相关;电磁辐射强度随黏性系数变化的同时还受到频率的影响;当节理面两侧岩体性质不同时,电磁辐射强度的变化同时受到多种参数的影响,情况变得更加复杂.     

红透山铜矿矿岩破坏过程中声发射实验研究

通过对红透山铜矿矿岩学轴压缩状态下声发射实验,分析了各种岩石产生声发射的机制及岩体破坏机制。实验表明,声发射的显著增加都发生在极限应力的95％,因此,声发射显著增加作为岩体破坏预报点是可行的。     

单轴压缩声发射试验的页岩损伤演化规律

为获得受载页岩准确的损伤演化规律和声发射特征,完善以往受载岩石损伤单调增大的理论,进一步扩展对受载岩石内部损伤演化机理的认识,对陆相页岩进行单轴压缩声发射试验。试验结果表明:页岩单轴压缩过程分为4个阶段:压密阶段-弹性变形阶段-弹塑性变形阶段-峰后破坏阶段,压密阶段、弹性变形阶段和弹塑性变形前期有少量声发射信号,页岩峰值应力前后有大量声发射信号,特别是峰后破坏阶段,声发射信号急剧上升,声发射探头能够捕捉岩石的压密、裂纹的扩展和连通信息,声发射信号能够反映页岩内部微细观损伤演化过程;页岩平行层理面方向和垂直层理面方向的岩石损伤演化和声发射特征差别较大,因此对于层理性岩石不能忽略层理对岩石力学性质的影响;页岩压密阶段内部的微孔洞、微裂隙、宏观裂缝、层理被压实,损伤减小,页岩弹性模量不降反增,应力-应变曲线呈下凹型,首次提出受载岩石损伤先减小后增大,建立了更加合理的基于声发射特征的页岩单轴压缩损伤本构模型。     

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。     

岩石扩容与超声波横波速率关系研究

通过超声波对单轴压缩试验中岩石扩容现象的测试,分析了超声横波在不同岩石压缩过程中的传播情况。利用超声横波的特性测出岩石在压缩的不同阶段的微裂纹发展情况和体积变化情况,进一步证明了不同岩石在单轴压缩过程中扩容的时间和程度存在差异:超声横波在各岩样中到达最大速率的时间在灰岩中较晚;超声横波的传播速率在玄武岩中传播较快,灰岩中次之,在砂岩中最慢;超声横波在不同岩石中传播时速率的变化幅度以及压缩各阶段传播速率变化幅度受轴向应力应变的影响而有不同。     

用声波速度预测岩石单轴抗压强度的试验研究

声波速度是一项较好反映地层岩石综合物理性质的声学指标,被广泛应用于石油勘探开发工程的各个专业技术领域。在扼要叙述室内测定岩石声波速度、单轴抗压强度试验方法的基础上,重点介绍了利用回归分析方法,研究声波速度与岩石单轴抗压强度相关关系、地面声波速度与井下测井声波速度相关关系的数据分析处理过程和获取的定性定量结论。在综合分析研究的基础上,介绍了以方便现场工程应用为目的所建立的利用测井声波速度预测岩石单轴抗压强度的数学模型及其预测剖面。作为一项试验研究的专题内容,在文章的结论部分阐述了对该项研究成果的应用前景。     

岩石与类岩石单轴压缩过程中力学及声发射特性对比研究

开展石灰岩、砂岩与类岩石的单轴压缩声发射实验,从力学参数、破坏形态及声发射时域参数、频谱特征等多角度对比分析其破裂过程的异同。研究结果表明：石灰岩、砂岩在达到峰值应力后瞬间破坏,为脆性破坏;而类岩石在峰值应力后依然有残余强度,为塑性破坏;前者在临近破坏前会出现标志破坏前兆的声发射低事件率缺失现象,后者不明显。岩石声发射事件率呈现前低后高特征,类岩石则为‘高-低-高’,相应的声发射能率表现出高度的一致性;不同变形阶段两者的声发射频带分布不同,反映出两者内部破裂演化的差异性。     

火山岩力学特性试验研究

对取自松南气田营城组的流纹岩和凝灰岩开展室内岩石力学试验研究,得到了流纹岩不同亚相和凝灰岩在不同围压下的应力-应变曲线;在此基础上分析火山岩变形破坏的特征。火山岩的CT图像显示,随着流纹岩亚相的变化,岩石内的孔隙和微裂纹发育程度发生变化,上部亚相气孔较发育、中部亚相次之、下部亚相气孔发育较少。试验结果表明上部亚相、中部亚相和下部亚相的单轴抗压强度、弹性模量依次增大。凝灰岩在围压下的岩石力学特性遵循脆性岩石的普遍规律;但是由于非均质性、各向异性的影响,凝灰岩的抗压强度和弹性模量随着围压的增大出现波动。流纹岩在单轴条件下表现为沿轴向的劈裂破坏;凝灰岩在围压下的微裂纹起裂方向与轴向存在夹角,最终形成与轴向存在一定夹角的宏观破坏面。火山岩在压缩破坏过程中所产生的应变很小;而且岩石强度和弹性模量较高,这会造成水力压裂过程中的破裂压力梯度高,难以形成裂缝。     

三向应力下长石石英砂岩凯塞尔效应试验研究

用单轴压缩试验测试岩石凯塞尔效应特征 ,进而确定岩体地应力状态的方法 ,在岩体工程实践中得到广泛的应用。然而实际岩体几乎都处于三向地应力状态 ,岩石在三向压缩下的凯塞尔效应特征如何 ,直接关系到利用该方法测定的岩体地应力的可靠性。作者根据长石石英砂岩在三向压缩下的凯塞尔效应测试资料 ,对长石石英砂岩的三轴凯塞尔效应进行了分析 ,得到了长石石英砂岩凯塞尔效应与围压的关系 ,三轴压应力状态和单轴压缩应力状态下该类岩石凯塞尔效应的区别     

高温遇水冷却岩石循环加卸载力学性能试验研究

为研究高温遇水冷却后不同岩性岩石在循环加卸载条件下的物理特性和力学响应特征的变化规律,对高温遇水冷却后的花岗岩、大理岩及绿砂岩试件分别开展了单轴压缩和循环加卸载试验. 结果表明,当加热温度超过400 °C后,三类岩石的体积增长率显著增加,400 °C可以作为三类岩石物理参数发生突变的阈值温度.总体上,三类热处理水冷却岩石的单轴抗压强度随温度的升高而降低,但花岗岩在200 °C温度处理后峰值强度比常温时有所增加. 在循环荷载作用下,花岗岩滞回曲线接近于线性,上限应力较高且不可逆变形小;而绿砂岩和大理岩的上限应力低于花岗岩且变形较大.相同温度热冲击下滞回环宽度大小顺序为绿砂岩>大理岩>花岗岩.随循环次数的增加,三类高温遇水冷却岩样的塑性变形减小,弹性模量增大,试件强度较单轴压缩均有提高;随温度升高,破坏面裂纹更为发育,破裂岩屑更为细碎.