【摘要】：賦存在復(fù)雜地質(zhì)條件下的脆性巖石的變形和強(qiáng)度特性是研究巖石力學(xué)性質(zhì)的重要基礎(chǔ),因此有必要深入研究巖石破壞全過(guò)程的變形和強(qiáng)度特性,從而揭示圍壓效應(yīng)下的巖石破壞機(jī)制。目前,在靜載條件下采用聲發(fā)射∑N/∑E值和RA值來(lái)對(duì)圍壓效應(yīng)下的巖石失穩(wěn)破壞進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)方面的研究鮮有報(bào)道。研究三軸壓縮下巖石完全破裂前的聲發(fā)射平靜期,從而對(duì)探尋巖石破裂前兆信息具有重要意義。本文以國(guó)家自然基金項(xiàng)目“滲透壓力作用下巖石蠕變聲發(fā)射震源主頻特征及其能量機(jī)制”(No.5170040924)和江西省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“基于矩張量分析的花崗巖蠕變聲發(fā)射聲源機(jī)制及其主頻特征”(No.20171BAB216022)為依托,對(duì)紅砂巖進(jìn)行三軸壓縮聲發(fā)射試驗(yàn)。分析了紅砂巖的變形和強(qiáng)度特性,探討了力學(xué)參數(shù)與圍壓的關(guān)系;著重研究了紅砂巖在圍壓效應(yīng)下的各特征強(qiáng)度點(diǎn)的聲發(fā)射特性。在此基礎(chǔ)上,建立了巖石加載過(guò)程中的裂紋變化規(guī)律與聲發(fā)射特性的關(guān)系。提出了基于聲發(fā)射預(yù)測(cè)三軸壓縮下紅砂巖失穩(wěn)破壞的方法;最后研究紅砂巖圍壓效應(yīng)下完全破裂前的聲發(fā)射平靜期,采用損傷變量定量分析聲發(fā)射平靜期,從而量化紅砂巖破裂前兆信息,還討論了巖石失穩(wěn)破裂整個(gè)過(guò)程裂紋發(fā)育與聲發(fā)射平靜期的關(guān)系。研究結(jié)果表明:(1)采用Martin提出的裂紋體積應(yīng)變法獲得紅砂巖三軸壓縮特征強(qiáng)度點(diǎn)(σcc、σci、σcd)值,論證了圍壓對(duì)紅砂巖的變形和強(qiáng)度特征具有較大影響,紅砂巖的破裂角隨著圍壓的增加而逐漸減小。(2)圍壓效應(yīng)下紅砂巖破壞聲發(fā)射水平(事件數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、能率)在加載初期到閉合應(yīng)力σcc及閉合應(yīng)力σcc到起裂強(qiáng)度σci區(qū)間段較小,然而在起裂強(qiáng)度σci到損傷強(qiáng)度σcd區(qū)間段聲發(fā)射逐漸活躍,擴(kuò)容應(yīng)力(即損傷強(qiáng)度σcd)之后聲發(fā)射水平明顯提高,并且在臨近破壞時(shí)出現(xiàn)突增,聲發(fā)射特征參數(shù)達(dá)到最大值,累計(jì)聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)的斜率k值達(dá)到最大。在圍壓效應(yīng)下,聲發(fā)射特征參數(shù)的時(shí)間分布特征和紅砂巖試樣的應(yīng)力時(shí)間特征并沒(méi)有完全同步,聲發(fā)射特征參數(shù)最大值明顯稍滯后于紅砂巖宏觀破壞時(shí)間。(3)紅砂巖三軸壓縮下聲發(fā)射主頻特征:隨著外荷載的增加,聲發(fā)射主頻逐漸變寬,而且在巖石破裂前,存在300～400kHz,0～50kHz主頻帶,該主頻特征可作為紅砂巖三軸壓縮失穩(wěn)破壞的前兆特征。在整個(gè)紅砂巖加載過(guò)程中,聲發(fā)射r值表現(xiàn)為加載初期波動(dòng)較大,隨后減少并保持穩(wěn)定,緊接著r值增大,在峰值強(qiáng)度前r值驟降的特征;而聲發(fā)射b值整體上波動(dòng)較大,在峰值強(qiáng)度前突然下降特征,以上聲發(fā)射r值和b值的特征可作為預(yù)測(cè)紅砂巖失穩(wěn)破壞的方法。以最新提出的聲發(fā)射RA值來(lái)分析紅砂巖破壞過(guò)程中的裂紋發(fā)育,從不同圍壓下聲發(fā)射RA值變化特征分析,在紅砂巖三軸加載初期,聲發(fā)射RA值在空間分布上是少量且隨機(jī)的,低圍壓RA值以中高區(qū)出現(xiàn),因此以張拉裂紋為主,高圍壓低RA值區(qū)域出現(xiàn)以剪切裂紋為主。隨著外力的不斷增加,當(dāng)?shù)蛧鷫簳r(shí),巖石內(nèi)部的張拉裂紋將會(huì)主要集中在剪切帶上并伴隨少量剪切裂紋,而在高圍壓時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射在紅砂巖內(nèi)部以剪切裂紋占較大比重并呈彌散分布。(4)以損傷變量曲線斜率增大→減小→增大變化趨勢(shì)來(lái)定量分析聲發(fā)射平靜期,將斜率減小歷時(shí)段定義為聲發(fā)射平靜期,隨著圍壓的增大,聲發(fā)射平靜期歷時(shí)會(huì)延長(zhǎng),準(zhǔn)平靜期的耗時(shí)與加載至峰值歷時(shí)的比值隨著圍壓增大越大,通過(guò)分析建立起紅砂巖破裂裂紋發(fā)育與聲發(fā)射平靜期的關(guān)系,在聲發(fā)射平靜期歷時(shí)段紅砂巖加載過(guò)程中的裂紋以剪切裂紋為主。
【圖文】：

本論文的巖石試驗(yàn)試樣為取自于贛南地區(qū)紅砂巖，本次試驗(yàn)是對(duì)完整性巖石進(jìn)行試逡逑驗(yàn)，因此選取試樣是要避免有裂隙和節(jié)理的，并且要質(zhì)地均勻，這樣試驗(yàn)的效果會(huì)比較逡逑合理準(zhǔn)確，為了了解本次試驗(yàn)試樣的微觀結(jié)構(gòu)，把所取紅砂巖試樣（如圖２．１）切割磨逡逑片，在高倍顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)其屬于微粒砂巖結(jié)構(gòu)（如圖２．２所示）。本試驗(yàn)所用的逡逑巖塊經(jīng)過(guò)如下實(shí)驗(yàn)室儀器（ＺＳ－２００型巖樣鉆取機(jī)（如圖２．３）、．ＩＫＤＱ－１Ｔ型巖石切割機(jī)逡逑（如圖２．４）、ＪＫＳＨＭ－２００型端面磨石機(jī)（如圖２．５）嚴(yán)格按照國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)試驗(yàn)逡逑規(guī)程１５７１加工制備成巖樣。逡逑ＨＡ逡逑圖２．１試驗(yàn)巖樣邐圖２．２微粒砂巖電鏡照片逡逑Ｍｉｔｅｌ邋ｉｌ邋ｖ邋ＪＨ逡逑圖２．３邋ＺＳ－２００型巖樣鉆取機(jī)邐圖２．４邋＿ＩＫＤＱ－１Ｔ型巖石切割機(jī)逡逑１０逡逑

本論文的巖石試驗(yàn)試樣為取自于贛南地區(qū)紅砂巖，本次試驗(yàn)是對(duì)完整性巖石進(jìn)行試逡逑驗(yàn)，因此選取試樣是要避免有裂隙和節(jié)理的，并且要質(zhì)地均勻，這樣試驗(yàn)的效果會(huì)比較逡逑合理準(zhǔn)確，為了了解本次試驗(yàn)試樣的微觀結(jié)構(gòu)，把所取紅砂巖試樣（如圖２．１）切割磨逡逑片，，在高倍顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)其屬于微粒砂巖結(jié)構(gòu)（如圖２．２所示）。本試驗(yàn)所用的逡逑巖塊經(jīng)過(guò)如下實(shí)驗(yàn)室儀器（ＺＳ－２００型巖樣鉆取機(jī)（如圖２．３）、．ＩＫＤＱ－１Ｔ型巖石切割機(jī)逡逑（如圖２．４）、ＪＫＳＨＭ－２００型端面磨石機(jī)（如圖２．５）嚴(yán)格按照國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)試驗(yàn)逡逑規(guī)程１５７１加工制備成巖樣。逡逑ＨＡ逡逑圖２．１試驗(yàn)巖樣邐圖２．２微粒砂巖電鏡照片逡逑Ｍｉｔｅｌ邋ｉｌ邋ｖ邋ＪＨ逡逑圖２．３邋ＺＳ－２００型巖樣鉆取機(jī)邐圖２．４邋＿ＩＫＤＱ－１Ｔ型巖石切割機(jī)逡逑１０逡逑
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TD315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2624136