【摘要】：巖體滑坡以其規(guī)模大、機理復雜、危害性、災難性等特點著稱于世,受到很多學者的關注。通過對地質(zhì)災害的監(jiān)測、預報以達到防治減災的目的已成為共識,巖體含有不同種類及大小的裂隙結構面,巖體破壞失穩(wěn)是裂隙巖體裂紋擴展貫通的結果,同時含水率也是影響巖體破裂的主要因素。基于此,本文研究了不同傾角預制裂紋砂巖和不同含水率泥巖單軸壓縮破壞過程中電磁輻射、聲發(fā)射信號,在裂紋壓密、穩(wěn)定擴展、失穩(wěn)破壞、宏觀斷裂等各個階段的分布特征。并對電磁輻射和聲發(fā)射變化規(guī)律和巖石試樣變形破壞特征的關系進行分析。研究不同傾角預制裂紋砂巖和不同含水率泥巖單軸壓縮破壞產(chǎn)生的表面電位特征及其云圖分布規(guī)律;分析裂紋傾角對砂巖和水中浸泡時間對泥巖表面電位的影響;并利用R/S分析原理,對其表面電位信號進行處理。論文得到了如下主要成果:(1)不同角度預制裂紋砂巖和不同浸泡時間泥巖聲發(fā)射和電磁輻射信號與裂紋擴展過程密切相關,具有明顯的階段分布特征。不同角度預制裂紋的最大破壞載荷不同。在裂紋壓密階段,聲發(fā)射和電磁輻射主要由原始裂隙和微小裂隙的閉合產(chǎn)生,信號波動增長;在裂紋穩(wěn)定擴展階段,聲發(fā)射和電磁輻射信號變化較小;進入裂紋失穩(wěn)破壞階段后,微裂紋不斷擴展形成宏觀裂紋,信號活躍,在載荷峰值附近信號波動極大;隨后載荷下降,聲發(fā)射和電磁輻射信號也隨之下降。因此,巖石失穩(wěn)破裂過程的聲發(fā)射與電磁輻射信號變化規(guī)律,對預測巖體滑坡具有重要的意義。(2)不同傾角預制裂紋變形破壞過程中聲發(fā)射與電磁輻射信號變化存在差異,主要與巖石試樣的變形破壞特征有關。試樣以預制裂紋兩端為起裂點形成裂紋。當裂紋傾角為30°時,試樣發(fā)生剪切破壞;此時,微裂紋壁面的擠壓、摩擦、滑移是產(chǎn)生聲發(fā)射和電磁輻射的主要原因。當預制裂紋傾角為60°時,試樣以張拉破壞為主,信號主要由張拉破壞引起的能量釋放產(chǎn)生的。當預制裂紋傾角為45°時,試樣壓裂過程中同時受到剪切破壞和張拉破壞,故45°預制裂紋砂巖試樣電磁輻射和發(fā)射信號,在裂紋失穩(wěn)破壞階段,產(chǎn)生波動時間較早,增長相對較快。(3)分析不同浸泡時間泥巖變形破壞過程聲發(fā)射與電磁輻射信號,結果表明,隨著浸泡時間加長,聲發(fā)射信號劇烈,持續(xù)時間變長。同時,泥巖的單軸抗壓強度降低,更容易發(fā)生破裂。但隨著浸泡時間的變長,電磁輻射信號反而波動較小,波動時間變短。可能是水使泥巖的力學性質(zhì)弱化,并使泥巖試樣構造更加緊密,導致電磁輻射信號產(chǎn)生較少。(4)表面電位信號與載荷呈現(xiàn)出很好的同步性,能夠較好的反映試樣內(nèi)部的應力狀態(tài)、變形破裂過程。預制裂紋對表面電位云圖的分布和運移影響明顯。電位變化幅度大小和電位通道到裂紋的距離相關,距離裂紋越近,電位變化幅度就越大。因此,通過觀測電位變化可以對裂紋發(fā)展程度進行預測。(5)水對泥巖的物理力學性質(zhì)影響極大,它使泥巖的強度和彈性模量降低,塑性加大,最終使受載泥巖產(chǎn)生的電位幅值減小。在水中浸泡時間越長,電位變化幅度就越小。因此通過觀測不同通道電位的變化幅度,預測泥巖的含水率變化。(6)利用R/S分析原理,對不同角度預制裂紋砂巖試樣以及不同含水率泥巖試樣加載破裂過程產(chǎn)生的電位信號進行處理,其Hurst指數(shù)均大于0.5,表明電位信號總體上呈現(xiàn)增加的趨勢。隨著浸泡時間的增加,泥巖破裂過程產(chǎn)生的電位信號Hurst指數(shù)在不斷減小。當巖體完全破壞時,其Hurst指數(shù)有一定程度的降低。因此,可以將電位信號的Hurst指數(shù)快速增長至極大值作為巖石即將失穩(wěn)的前兆,由此可以對巖體滑坡進行監(jiān)測預警。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P642.22;TU45
【圖文】：

進行調(diào)整和改進，建立了巖-石單軸壓縮失穩(wěn)統(tǒng)，系統(tǒng)示意圖如圖 2-1 所示，系統(tǒng)實物圖如圖 2-2 所示1－實驗壓力機；2－絕緣墊塊；3－聲電傳感器；4－煤巖試樣；5－前置放大器；6－電磁屏蔽網(wǎng)；7－聲電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；8－載荷控制系統(tǒng)；9－屏蔽室圖 2-1 實驗系統(tǒng)示意圖Figure 2-1 Experimental system schematic

2 巖體變形破壞過程聲電效應實驗系統(tǒng)文中的加載系統(tǒng)主要由液壓油泵與控 控制系統(tǒng)（硬件）與 PowerTest 控制程 0~3×103KN，并且通過計算機（Pow荷等相關曲線。而且在加載過程中該系值的相對誤差僅為±1％，可以實現(xiàn)單實驗方案。

圖 2-3 實驗壓力機Figure 2-3 Experimental press電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輻射和聲發(fā)射的數(shù)據(jù)采集是使用美國 Physical Aco統(tǒng)，實物如圖 2-4 所示。可以采集到巖石破裂產(chǎn)生

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本文編號：2777503