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1、西华大学 硕士学位论文 压缩荷载作用下砂岩损伤演化及声发射特性研究 姓名：何顺友 申请学位级别：硕士 专业：岩土工程 指导教师：刘保县 20100401 西华大学硕士学位论文 摘要 随着经济建设的不断发展，岩体工程的利用日益增加，地下开发也不断走向深部， 重大岩体工程事故常有发生，为了避免这些事故的发生，必须对工程中岩体进行有效的 监测，预测岩体的强度以及稳定性，防止岩爆，为工程提供可靠的数据，来指导工程的 安全进行。 本文采用实验研究、理论分析相结合的方法，对在不同加载速率下砂岩的损伤演化 及声发射特性进行了分析研究，得到了一些研究成果。 首先，采用轴向位移控制加载的方法，对砂岩进行单轴压缩
2、试验，得到砂岩在不同 加载速率下的全应力一应变曲线，分析了砂岩的一些基本力学参数，探讨了在不同加载 速率下的砂岩的这些基本力学参数的一些变化规律。 对砂岩进行单轴压缩声发射实验，用声发射仪器收集在加载试验过程中的声发射信 号，对在不同加载速率下的砂岩的损伤特性及损伤过程中的声发射特性进行了分析，讨 论和总结砂岩的损伤变形特性、声发射c o u n t 数特性、声发射能量计数特性、以及声发 射过程中的分形性。 通过单轴压缩实验，得到砂岩随着加载速率的不同，其力学性质会出现一些变化， 表现在单轴抗压强度会随着加载速率的加大而呈现增强的趋势，同时，其弹性模量、泊 松比也会随着加载速率的加大而增强，但
3、是这种趋势不是很明显。 通过声发射实验，得出砂岩在加载过程中，砂岩损伤演化的声发射c o u n t 数一时间 曲线呈现几个明显的阶段：声发射初始阶段、声发射平静阶段、声发射增长阶段、声发 射稳定阶段。前两个阶段位于砂岩损伤过程中的压密阶段，后两个阶段分别对应砂岩损 伤的弹性变形阶段和塑性变形直到破坏阶段，通过对声发射能量与时间曲线的分析也可 以得出这些规律，只是没有c o u n t 数那么明显。 通过基于声发射的损伤演化曲线，得出砂岩的损伤演化过程中的几个过程：初始损 伤阶段、损伤稳定演化和发展阶段、损伤急速发展阶段、损伤残余阶段。 对声发射c o u n t 数的分形研究发现，砂岩在单轴
4、压缩过程中，其声发射c o u n t 数关联 维数的变化与砂岩内部的损伤演化过程有着一致性，关联维数的变化能表征砂岩内部裂 隙的发育情况。 关键字：声发射；c o u n t 数；损伤变量；分形 压缩荷载作用下砂岩损伤演化及声发射特性研究 A b s tr a c t W i mt h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fe c o n o m i cc o n s t r u c t i o n , t h eu s eo fr o c ke n g i n e e r i n g i si n c r e a s i n ga n dt
5、 h eu n d e r g r o u n dd e v e l o p m e n th a v i n gb e e nb ed e e p e r , a l s o ，m a j o rr o c k e n g i n e e r i n ga c c i d e n t so f t e no c c u rt oi t , T oa v o i ds u c hi n c i d e n t s ，w em u s tw o r kf o re f f e c t i v e d e t e c t i o no fr o c kt op r e d i c tt h es
6、t r e n g t ha n ds t a b i l i t yo f r o c k , p r e v e n tr o c kb u r s t , a n dp r o v i d e r e l i a b l ed a t at og u i d et h ep r o j e c ts a f e t y I nt h i sp a p e r , t h ed a m a g ee v o l u t i o no fs a n d s t o n eu n d e rd i f f e r e n tl o a d i n gr a t e sa n di t s a
7、c o u s t i ce m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c sh a sb e e ns t u d i e da n da n a l y s i s e dw i 也t h em e t h o do fa c o m b i n a t i o no fe x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n d 也e o r e t i c a la n a l y s i s ，s o m er e s e a r c hr e s u l t sh a s o b t a i n e df r o mi
8、t F i r s t l y , t h es a n d s t o n eu n i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t s ，w h i c ht h el o a d i n gr a t e s w a s c o n t r o l l e db ya x i a ld i s p l a c e m e n t ，W a sc a r r i e do u t , t h ec o m p l e t es t r e s s s t r a i nc 啦r v e so f s a n d s t o n eu n d e rd i f
9、 f e r e n tl o a d i n gr a t e sW a so b t a i n e d S o m eb a s i cm e c h a n i c a lp a r a m e t e r so f t h es a n d s t o n ew o r ea n a l y z e d ，a n ds o m ev a r i a t i o no ft h o s ep a r a m e t e r su n d e rd i f f e r e n tl o a d i n g r a t e sW a sd i s c u s s e d T h ea c
10、o u s t i ce m i s s i o ns i g n a li n t h ep r o c e s so fl o a d i n gW a sc o l l e c t e db ya c o u s t i c e m i s s i o nt e s t i n ge q u i p m e n tw h e nt h ea c o u s t i ce m i s s i o ne x p e r i m e n t so ft h es a n d s t o n eu n d e r u n i a x i a lc o m p r e s s i o n n l
11、ed a m a g ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ea c o u s t i ce m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c si n t h ep r o c e s so fd a m a g ei nt h eu n d e rd i f f e r e n t l o a d i n gr a t e sw a sa n a l y z e d , t h ed a m a g e d e f o r m a t i o n ，A Ec o u n tc h a r a c t e r i s
12、t i c s ，a c o u s t i ce m i s s i o ne n e r g yc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h e f r a c t a li nt h ep r o c e s so fa c o u s t i ce m i s s i o no ft h es a n d s t o n eh a sb e e nd i s c u s s e da n ds u m m e d u p T h ea c o u s t i ce m i s s i o nc o u n t - t i m eg t l l V e
13、So ft h es a n d s t o n ed a m a g ee v o l u t i o np r o c e s s ， w h i c hg o tf r o mt h ea c o u s t i ce m i s s i o ne x p e r i m e n t , s h o w e ds e v e r a ld i s t i n c tp h a s e s ：A Ei n i t i a l s t a g e , A Eq u i e ts t a g e ，A Eg r o w t hs t a g e , A Es t a b l es t a g
14、e n ef i r s tt w os t a g e sw e r ei nt h e c o m p a c t i o ns t a g eo fr o c kd a m a g ee v o l u t i o n , t h el a t t e rt w op h a s e sc o r r e s p o n d e dt ot h ee l a s t i c d e f o r m a t i o np h a s ea n dt h ep l a s t i cd e f o r m a t i o nu n t i lt of a i l u r es t a g e
15、 A l s o ，t h e s el a w sc o u l db e d e r i v e df r o mt h ea n a l y s i so fa c o u s t i ce m i s s i o nc n e r 勖。咖e c u r v e s ，b u tn o tS Oo b v i o u s n eA E - b a s e dd a m a g ee v o l u t i o nc u r v es h o w e ds e v e r a l p r o c e s s e s i nt h ed a m a g e e v o l u t i o n
16、o fs a n d s t o n e ：t h ei n i t i a ld a m a g es t a g e ，s t a b l ed a m a g ee v o l u t i o na n dd e v e l o p m e n t s t a g e ，t h er a p i dd e v e l o p m e n tp h a s eo fi n j u r y , d a m a g er e s i d u a lp h a s e B ys t u d y i n gf r a c t a lo fA Ec o u n t , i tw a sf o u n dt h a tt h ef r a c t a ld i m e n s i o nc h a n g eo fA E c o u n t sh a sc o n s i s t e n c yw i t hs a n d s t o n ed a m a g ee v o l u t i o nu n d e ru n i a x i a lc o m
