分级循环加卸载条件下岩石蠕变损伤及破坏的声发射特性研究

许多岩石甚至坚硬的岩石如大理岩和花岗岩等都具有流变特征，随着开采深度的增加，高地应力水平下岩石流变日益突出，岩石流变效应中的蠕变最具重要性和工程应用价值。声发射监测是目前采矿等岩石工程中重要的岩体稳定性监测方法，然而，利用声发射监测岩石蠕变的整个过程，还停留在定性分析阶段，没有声发射与岩石蠕变损伤之间的量化关系和岩石蠕变破坏的声发射监测的定量判据。分级增量循环加卸载能够反映岩石蠕变行为，本项目拟进行分级增量循环加卸载岩石蠕变声发射试验、数值模拟和理论研究，通过试验得到岩石蠕变各个阶段声发射参数和信号频带能量的分形特征，采用声发射定位试验分析岩石蠕变各个阶段裂纹演化规律，并通过数值模拟进一步分析岩石蠕变与声发射理论关系，在上述研究基础上，揭示岩石蠕变损伤破坏声发射特性机理，寻求岩石蠕变破坏声发射定量判据，研究成果具有重要的理论价值，同时为工程实际岩石蠕变破坏的声发射预测提供了重要科学的依据。

许多岩石甚至坚硬的岩石如大理岩和花岗岩等都具有流变特征，随着开采深度的增加，高地应力水平下岩石流变日益突出，岩石流变效应中的蠕变最具重要性和工程应用价值。声发射是目前采矿等岩石工程中重要的岩体稳定性监测方法，然而，利用声发射监测岩石蠕变的整个过程，还停留在定性分析阶段，没有声发射与岩石蠕变损伤之间的量化关系和岩石蠕变破坏的声发射监测的定量判据。为此，系统地开展了矿山充填材料和岩石的蠕变声发射试验及理论研究。.因为充填体的蠕变声发射试验不仅同样具有工程实际应用价值，同时，可为岩石蠕变声发射试验积累经验，提供借鉴，为此，首先进行了充填体的蠕变声发射试验。通过充填体蠕变声发射试验，采用粒子群优化算法得到了不同配比胶结充填体的蠕变方程，系统研究了充填体受压至破坏的声发射参数分维数D值和b值，相对强弱指标H和长程相关性指标，研究结果表明，由长程相关性分析法给出的Hurst指数值的“最小→增大”模式可作为充填体失稳破坏的前兆判据。.在岩石蠕变声发射方面，首先建立了岩石蠕变损伤的声发射理论模型，和试验结果对比分析表明，建立的岩石蠕变声发射理论模型可以较好的反映岩石蠕变破坏过程的声发射特性。从而为岩石蠕变声发射理论分析提供了基础。在此基础上进行了分级增量循环加卸载岩石蠕变声发射试验，着重研究了不同应力水平下岩石蠕变声发射特性，尤其是加速蠕变阶段的声发射特性。主要研究成果如下：1）累计声发射事件数在低应力水平最大、累计能量最小，随应力水平的提高累计声发射事件数曲线由线性逐步上凸趋于与蠕变曲线形态相似，累计能量与时间保持近似线性关系。2）声发射主频随应力水平的增加而增大，各级应力水平均出现次主频现象，频带随应力水平提高而变宽。3）试件在减速蠕变与等速蠕变过程中，声发射事件率与能率随时间的增大而减小。4）在低应力水平，在减速蠕变阶段，声发射事件率与能率下降的幅度显著，声发射振幅随时间的增大而减小。5）当加载压力为试件破坏压力70%~80%时，在减速蠕变与等速蠕变过程中，声发射事件率、能率数值及下降的幅度相对较小，但声发射振幅相对平稳。6）当加载压力为试件破坏压力90%时，出现加速蠕变阶段。声发射振幅发生跃迁的频率明显增大，研究成果为工程实际岩石蠕变破坏的声发射预测提供了重要科学的依据。