岩体声发射混沌动力学

采用混沌动力学研究了岩体声发射活动规律,并提出了岩体声发射时间序列确定性检验方法;计算了在岩体变形与破坏过程中不同阶段声发射混沌吸引子,分析了各阶段混沌吸引子变化规律;将混沌与神经网络相结合,建立了岩体声发射预测模型.此外,对工程岩体声发射进行监测,对测量数据进行了自适应滤波去噪处理.研究结果表明:工程岩体声发射活动存在4个不同的阶段:声发射稳定期,声发射活动初期,声发射活动加剧期和活动反转期.岩体破坏出现在声发射活动反转期,在此阶段声发射出现反常,混沌吸引子D减小;混沌动力学能反映岩体的声发射活动特征,所建立的模型能预测和分析工程岩体稳定性.     

岩石(体)声发射特征综述

因模型试验和数值仿真对岩体的局限性,应用岩体声发射技术监测评价岩体工程的稳定性不可缺少,有时是唯一不可替代的技术之一.岩体监测预报,曾普遍应用0～1 kHz的低频声发射仪,仅用事件和能率作为预报参数,加上复杂岩体的声发射特征还认识不清,且没有很好的噪音剔除方法,使得采集频带可能过宽,信号接收的敏感性可能偏低,预报判据有时很不充分,监测很容易受环境干扰.本文简要叙述了近年发现的岩石(体)声发射的一些特征,据此提出了岩体声发射技术研发的若干建议,包括仪器改进与完善,噪音剔除新方法研究和复杂岩体AE特性研究等.     

光纤传感器对煤岩体声发射的检测

为实时掌握煤岩体安全状况,将光纤Sagnac传感器应用于煤岩体的声发射检测。当煤岩体因外力或内部缺陷产生的声发射信号被光纤传感器检测到,光纤传感器输出端的输出光强便发生变化;通过对输出光强进行监测,并经傅立叶变换后得到声发射信号的频率特征。对整个系统进行计算机仿真,结果表明,该系统适用于煤岩体声发射信号的特征识别。     

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。     

采动煤岩体劣化过程中声发射损伤效应数值模拟

为了研究采动下煤岩体劣化过程的声发射特征并分析其演化规律,运用真实破裂过程分析RFPA2D系统,进行了载荷下煤岩试样的声发射数值模拟试验,分析了加载过程中煤岩体的初始裂纹出现及其扩展过程。模拟计算结果表明:随着加载的进行,煤岩体中的声发射事件逐渐增多,破裂带逐渐显现,直至煤岩体主破坏产生时形成了非常明显的破裂带,此时煤岩体中声发射频度突增,而对应的载荷出现突降;主破坏发生后,由于残余应力的作用,声发射处于较低水平,声发射总频次曲线也基本上没有增长,几乎与载荷曲线保持在水平状态。上述结果对利用煤岩体声发射特征进行煤岩的破坏过程实时动态监测提供了可能性,从而为煤与瓦斯突出动力灾害预测预报问题的深入研究奠定了理论基础。     

各向异性岩体破坏过程声发射测量及其定位实验研究

应用改进后的声发射设备,实验测量了花岗岩试样在单轴压缩加载条件下变形破坏过程中声发射现象;讨论分析了该试样损伤破坏过程中的诱发微裂纹相互作用、积累等.同时采用对速度结构依赖较少的相对定位方法,对非均质岩石试验中的声发射事件进行了定位研究.结果表明,相对定位方法可用于复杂试样和工程岩体的声发射事件定位,其可靠性及精度比以往有所提高,能够初步定量分析岩石在外载荷作用下的破坏过程的定位问题,对于工程岩体破坏问题分析具有很好的借鉴意义.     

岩石破裂失稳的前兆规律研究

提出用“两体作用”模型来研究自然界的岩体破裂换稳现象。具体分析了两冉体作用系统的失稳过程，运用微机差分计算获得了它的变形和声发射前兆规律。最后在文献［１］的声发射序列关系中引入了距离因子和随机因子，发现有些序列中出现的声发射活动相对平静是由于在两岩体相互作用过程中某一岩体弹性恢复所致。     

不同岩石声发射活动特性的实验研究

应用声发射及其定位技术,对不同岩样破裂过程的声发射活动规律进行实验研究,借以揭示不同岩样的破裂失稳机理.实验结果表明:几种岩石的破坏模式相同,均发生劈裂破坏;在相同实验条件下,在初始加载时,5种岩样产生的声发射事件均比较少;随着载荷的增加,不同岩石的声发射活动表现并非一致,砂岩在整个加载过程产生的声发射事件数最少,而花岗岩产生的声发射事件数最多;砂岩和花岗岩(红色)其声发射事件变化率非常明显,在破坏前无任何征兆;由于声发射事件定位是时差定位法,岩样波速影响着声发射事件的定位,砂岩、大理岩(黑色)及花岗岩(红色)等岩样没有得到定位结果;而花岗岩与大理岩的声发射定位结果,直观反映了其内部裂纹初始、...     

三轴压缩下含瓦斯煤样破坏过程的声发射特性

为找到含瓦斯煤样破坏过程与声发射特性之间的关系,以曾经发生过煤与瓦斯突出事故且依然存在突出危险的煤样为研究对象,对其在饱和瓦斯、不同瓦斯压力和不同围压作用下的声发射特性进行研究。结果表明：含饱和瓦斯煤样随着破坏程度的加剧声发射事件振幅增多且增大,声发射事件撞击数呈增长趋势,声发射事件能量增加;随着瓦斯压力的增加,煤样破坏过程中的AE事件的幅值减小、AE事件撞击的总数减少、AE事件的平均能量降低;随着围压的增加,AE事件的幅值呈现减小、能量呈现上升、撞击数呈减少的趋势。该结论可以为预测煤与瓦斯突出提供参考。     

压剪破坏条件下型煤的声发射特征研究

为了给煤炭开采活动中煤岩体和巷道压剪破坏的预报预测提供一定的依据,采用微机控制试验机进行了型煤试块的压剪破坏试验,研究了压剪破坏条件下的声发射特征及压剪应力状态的影响.试验结果表明:声发射伴随于整个型煤压剪破坏的始终,压密阶段之后,声发射事件随应力的增减而增减;当压应力等于剪应力时,声发射事件与试样应力曲线变化趋势最为接近;随着型煤试样剪切破坏强度的下降,声发射事件的峰值也呈现逐渐减小的趋势;低剪切角条件下声发射事件高于高剪切角条件下声发射事件.     

Temporal and spatial distribution of microfractures in granites of different structures under triaxial compression and its significance in seismology

The temporal and spatial distribution of microfracturing activity in two kinds of granite under triaxial compression has been studied by using a new acoustic emission system. For Inada granite, there is no clear clustering of acoustic emission events in time and space, thus it is difficult to exactly deduce the time and position of the major fracturing. While for Mayet granite, acoustic emission events are clustered in time and space, so the time and position of the major fracturing can be exactly predicted according to microfracturing process. Such a difference may result from the difference in deformation mode caused by different rock structures.     

金属矿山岩体声发射时间序列特征的试验和模拟研究

针对金属矿山特有的地理地质条件,开展相应岩石声发射试验,确定矿区矿体围岩的时间序列特征,获得岩石破裂冒落声发射参数的危险临界值,并深入研究形成该种声发射信号的破裂机制和破坏特征.然后分别对较均质岩石试样和含有结构弱面的岩石试件进行比较试验,总结弱面裂隙影响下的岩石试件产生声发射信号的规律.利用基于离散单元法的颗粒元程序进行含裂隙岩石试样数值模拟研究,通过降低接触面刚度来模拟岩石内部的损伤,通过不同的模拟条件来研究岩石的破坏情况.研究成果将为分析损伤岩体的声发射规律开辟一条新的研究途径.     

基于声发射活动参数的岩石破裂过程应力阈值确定

在实验室应用声发射监测系统,对25块花岗岩样进行单轴压缩实验.通过连续实时监测花岗岩样破裂全过程中事件率、累计能量、能率、持续时间和振幅等声发射源特征参数的变化规律,获得岩样破裂过程各加载阶段的应力阈值.将岩石试件破裂全过程中各个阶段的应力阈值与峰值强度进行比较,并与以往实验结果对比,发现岩石变形特性和裂纹演化规律具有统一性.     

基于熵权属性识别模型的岩体质量分级研究

 为克服岩体质量分级中确定评价指标权重系数带有专家打分的主观偏向性,利用熵理论客观地确定岩体质量分级评价指标的熵权系数,结合属性识别理论,建立岩体质量分级判别的属性识别模型。模型选取岩石单轴抗压强度、RQD 值、结构面间距、结构面摩擦系数、岩体钻进速度和岩体声波速度6 个参数作为岩体质量分级综合评价指标,以三山岛金矿7 个采场为研究背景,建立岩体质量分级的属性识别模型,根据信息熵理论计算各评判指标的权重,计算各指标属性测度,利用置信度准则和评分准则,预测岩体质量排序和等级。研究结果表明,属性识别结果较RMR 法更准确,评价结果客观、可信。     

基于声波信号预测Kaiser应力点的水平地应力

声发射实验测试地应力方法需从地层原位取得的全尺寸岩样上钻取4个小尺寸岩芯,分别进行加载实验下的声发射测定。该方法将造成地层岩样损失,地应力评价成本较高。为此,根据岩石声学性质与力学特性具有较好的相关性特征,基于大量岩石试件的声波时差实验数据和加载条件下的声发射实验数据,构建声波时差与岩样Kaiser应力点的关系模型,并结合岩石声发射实验预测地应力计算模型,建立利用声波信号预测Kaiser应力点的地应力计算方法。而后,结合全尺寸岩芯的360°声波时差扫描数据,利用该方法进行致密油储层地应力预测分析,结果显示:建立的地应力计算方法预测结果相对于Anderson、Eaton、Newberry模型预测结果更接近压裂数据计算的地层应力值。说明该方法相对于传统的测井解释地应力方法更稳定,并且利用全尺寸岩芯360°声波时差扫描数据预测Kaiser应力点相对于声发射实验方法具有更好的经济性。     

金川不良岩体分类及其巷道支护研究

根据岩组类型、岩体结构类型及其工程地质特征，给出了按稳定性划分的金川矿区工程岩体分类表，不良岩层为其中不稳定和极不稳定两类；分析认为，金川不良岩层具有岩体单块强度高等四个特点，不良岩层巷道围岩变形具有围岩变形量大和流变变形显著两个显著特点，据此给出了三条支护设计原则；根据在金川二矿区进行不良岩层支护试验的实践经验和金川不良岩层巷道支护原则，给出了适用于各类不良岩层巷道的支护设计方案。     

含陡倾角软弱结构面的花岗岩力学特性及声发射特征

利用MTS 815.03岩石试验机对试件进行三轴压缩试验,采用DISP声发射测试系统进行声发射数据收集,并对含陡倾角软弱结构面的岩体试件和岩石试件进行试验对比.两种试件随围压的增加强度逐渐增加,破坏由脆性向延性转变;岩体试件总是沿结构面滑移破坏,岩石试件为剪切破坏.随着围压的增加,两种试件的弹性模量、变形模量、峰值应变和峰值强度增加;岩体试件弹性模量、变形模量值和峰值强度低于岩石试件,而峰值应变高于岩石试件.岩体试件内摩擦角小于岩石试件,而黏聚力大于岩石试件.随围压的增加,两种试件在峰值应力阶段声发射事件远高于其他阶段,而岩体试件声发射事件集聚量远远高于岩石试件.研究结果表明软弱结构面的存在降低了岩体的力学性质,因此在高放废物地质处置库选址时结构面发育特征是需要考虑的关键因素.     

金属矿地下开采采场灾害预警系统的研究

采场冒落是金属矿地下开采安全事故的主要形式．在对其影响因素影响分析的基础上，提出了岩体质量、岩体时效特性、采场暴露面积与爆破冲击为影响采场稳定性的主要因素。并应用岩石力学、损伤力学与数值模拟等方法，结合现场声波测试。从上述4个主控因素着手构建了其影响度函数与其影响权重，然后给出了采场稳定性综合评判方法与评判标准．并根据各影响因素的影响度，揭示了待采采场潜在的隐患与诱因，而后提出了相应的防范措施．最后以我国大冶铜绿山铜铁矿的应用为例介绍了该系统的使用方法.图2，表6，参10．     

单轴压缩条件下消落带岩体应变及声发射特性研究*

为掌握消落带岩体在加载过程中其应力-应变和声发射特性,分析其变形破坏过程中各阶段的阈值,在单轴压缩、有CT断面扫描的辅助条件下,运用MST岩石力学试验系统和PAC声发射信号采集处理系统,对消落带3个高程岩体进行试验测试。获得了岩石轴向应力与轴向应变、横向应变和体应变之间的关系特征曲线,以及加载过程中压密、启裂、损伤(破坏)各阶段的声发射信号数量、能量(振幅)等特征。两方法均可得到试件启裂、损伤阈值和峰值强度,但结果有一定差异性。通过两方法联合分析,可预判其岩体启裂强度和损伤强度分别为峰值强度的0.4倍左右和0.8倍左右。试验间接反映出消落带岩体改造强烈程度中部区域大于顶部和底部区域,与实际情况较一致。