不同围压状态下岩石力学特性及声发射特性研究

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地下工程的施工过程中,岩石的变形和应力分布并不是瞬时发生和完成的,而是随时间逐步进行调整的。基于此,本文围绕围压保持时长这一因素,进行不同围压保持时长条件(设置围压10MPa,分三组围压保持时长分别为0h、0.5h、1h)下的岩石力学特性和声发射特性研究。从新疆哈密某露天煤矿取砂岩岩样,在岩石加工室对岩样进行切割、钻取、研磨、筛选、分组,将岩样加工成直径50mm,高度为100mm的标准圆柱体试件。在RTX-1000三轴试验机对不同围压保持时长条件下的岩石开展三轴加载破坏实验,并全程采用PCI–2型声发射仪监测岩样声发射信号。采集了大量不同围压保持时长下,岩样的应力、应变及声发射数据。并开展岩样变形破坏特征、峰值强度、声发射振铃计数率、能量、声发射b值、声发射r值、声发射峰值频率和声发射相对平静期分析,初步揭示了不同围压保持时长对岩石力学特性及声发射特征的影响。通过研究,本文主要研究成果如下:(1)岩样破坏形式、峰值强度等与围压保持时长具有相关性。岩样在围压保持时长为0h和0.5h时,岩石破坏形式为弱面剪切破坏;岩样在围压保持时长为1h时,岩样破坏形式为延性破坏。且围压保持时长为0h时岩样的峰值强度大于围压保持时长为0.5h时岩样的峰值强度;围压保持时长为0h时岩样的峰值强度小于围压保持时长为1h时岩样的峰值强度。(2)声发射振铃计数率峰值、声发射能量峰值及声发射峰值频率高频信号所处的变形阶段与围压保持时长具有相关性。围压保持时长为0h时,声发射振铃计数率峰值、能率峰值和声发射峰值频率高频信号主要出现在岩样的弹性变形阶段;在围压保持时长为0.5h和1h时,声发射振铃计数率峰值、声发射能率峰值和声发射峰值频率高频信号主要出现在岩样的塑性变形破坏阶段。(3)声发射b值与围压保持时长关系不明确。研究发现岩样声发射b值曲线在峰值应力点处均会呈现出骤降的现象,此规律可以为实际工程中岩石的失稳破坏预测提供参考。(4)声发射r值的变化受围压保持时长的影响。围压保持时长的不同,声发射r值曲线变化也不同,能反映出岩样破坏形式不同。(5)声发射相对平静期特性受围压保持时长的影响。围压保持时长1h时,岩石在达到峰值应力前,其相对平静期现象普遍出现,相对平静期总历时更长。
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