含水砂岩受载破坏力学行为及电磁辐射响应特征

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luocaohuozi12345
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电磁辐射技术作为煤岩动力灾害监测预警的重要手段被学者们广泛研究,但是目前,关于岩石受载破坏的电磁辐射效应的研究较少涉及到含水岩石。而岩体注水等水力化措施在煤矿冲击地压防治中大量应用,它改变了岩体的原始应力状态,对岩石的微观结构及成分有显著影响。因此,充分考虑水-岩作用,研究含水岩石受载破坏的力学行为及电磁辐射信号特征对矿井冲击地压等动力灾害的防治及监测预警具有重要意义。另外这也关系到地下工程中含水岩体稳定性监测及其他相关地质灾害的预警。本文制备了不同含水率(去离子水)的砂岩试样,对其进行了单轴压缩条件下的受载破坏电磁辐射实验。研究了不同含水率砂岩变形破裂过程的力学特性及能量演化机制,分析了电磁辐射信号的时-频、非线性特征。并观测了其微观破裂模式,结合理论分析深入探究了水对电磁辐射信号的影响机制。最后建立了基于电磁辐射的含水砂岩损伤演化模型。得到的主要结论如下:(1)随含水率提高,砂岩的单轴抗压强度和弹性模量逐渐下降,峰值应变提高,峰前输入的应变能逐渐下降,且耗散能占比提高。含水率高的试样在塑性变形阶段的屈服特征更加明显,且耗散能增长显著,其破坏呈渐进式特征,峰后压机持续做功越多,最终破坏时的裂纹发育更加充分、破裂形态更加复杂。(2)砂岩受载过程中电磁辐射能量的时序变化与变形破裂吻合较好,特别是加载后期阶段,伴随着能量的大量耗散电磁辐射能量出现明显突增。随含水率增加,释放的电磁辐射能量逐渐减少。电磁辐射的主频分布于0-200kHz之间,以0-80kHz较低频段为主。随着含水率提高,高频信号减少,低频信号增加。(3)砂岩受载过程中电磁辐射信号具有明显的多重分形特征,随着含水率增加,信号分布的差异性越小,且小尺度信号逐渐占优,多重分形特征减弱。多重分形参量?(6突增与?1)突降可视为岩体破裂失稳的前兆信息,含水率高的试样前兆特征更明显。(4)水对砂岩的微观破裂模式有显著影响,含水率越高的砂岩相较于穿晶断裂会更容易发生沿晶断裂,模式更加单一。这可能是含水砂岩受载电磁辐射减弱的重要微观原因,也给电磁辐射高频信号的减少以及多重分形特征的减弱提供了解释。且水对砂岩宏观力学强度及断裂力学特性的降低也会使压电效应以及电荷分离产生的电磁辐射信号减弱。该论文有图26幅,表1个,参考文献88篇。
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