本文關(guān)鍵詞：巖石應(yīng)力記憶特性的聲發(fā)射試驗及理論研究　出處：《重慶大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：原地應(yīng)力測量越來越受到地學(xué)界和工程界的重視,因為它是人們了解地殼巖石中應(yīng)力狀態(tài)最為直接的手段。凱塞效應(yīng)(Kaiser Effect)測地應(yīng)力方法因測試成本低、難度小,在國內(nèi)外普遍受到重視。但是有關(guān)Kaiser效應(yīng)機(jī)理及其影響因素的一些問題尚未弄清,例如Kaiser效應(yīng)的方向性、應(yīng)力水平、濕度、溫度、加工應(yīng)力等因素對凱塞效應(yīng)的影響等,特別重要的是巖石試樣脫離巖體后,其對應(yīng)力的記憶性是否隨時間推移而削弱或消失對試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性影響很大。從巖石脫離巖體至最終加工成型再進(jìn)行加載試驗總是有一定的時間間隔,如果在這一時間間隔內(nèi)巖對應(yīng)力的記憶不準(zhǔn)確或消失,試驗結(jié)果將失去意義�？v觀現(xiàn)有的研究成果,巖石對先期應(yīng)力的記憶準(zhǔn)確性是否受時間因素影響并無定論,而且均為試驗結(jié)論,缺少相應(yīng)的理論解釋。本文以砂巖為研究對象,利用WAW-1000型電液伺服試驗系統(tǒng)和PCI-2全數(shù)字化聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)對軸心受壓、三點彎曲和圓盤劈裂試驗條件下的聲發(fā)射特性和信號時頻特征進(jìn)行了較為深入的研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)獲得了砂巖單軸壓縮、三點彎曲和圓盤劈裂試驗下的Kaiser效應(yīng)時間延遲變化規(guī)律。得出了砂巖單軸壓縮試驗Kaiser效應(yīng)存在時間延遲,三點彎曲試驗Kaiser效應(yīng)不存在時間延遲,圓盤劈裂試驗Kaiser效應(yīng)是否存在時間延遲并不明確的結(jié)論。并擬合出費利西蒂比(Filicity Ratio,FR)與延遲時間的對應(yīng)公式,對砂巖應(yīng)力記憶規(guī)律進(jìn)行了量化分析。同時還給出了相應(yīng)的物理降噪方法。(2)對不同長細(xì)比試件的單軸壓縮試驗,得出圓柱體試件長細(xì)比在2.5以內(nèi)的Kaiser效應(yīng)比長細(xì)比大于2.5明顯的結(jié)論。對浸水后試件的單軸壓縮試驗,得出Kaiser效應(yīng)試件浸水后將不能準(zhǔn)確反應(yīng)先期最大應(yīng)力(拐點明顯)的結(jié)論,Kaiser效應(yīng)與試件的含水率有一定的聯(lián)系。對花崗巖的單軸壓縮試驗,得出花崗巖的Kaiser效應(yīng)不受時間延遲影響的結(jié)論。(3)砂巖單軸壓縮、三點彎曲和圓盤劈裂試驗的三種試驗方式,獲得的應(yīng)變曲線與聲發(fā)射累計振鈴數(shù)曲線的變化有明顯對應(yīng)關(guān)系,表明聲發(fā)射現(xiàn)象與其裂紋的發(fā)展有關(guān)。循環(huán)加載過程中,砂巖單軸壓縮試驗的縱向應(yīng)變豎直段(裂紋壓密階段)和縱向應(yīng)變斜直線段(裂紋的開展)對應(yīng)的聲發(fā)射累計曲線陡增,表明砂巖單軸壓縮試驗聲發(fā)射現(xiàn)象與裂紋壓密和裂紋再次開展有對應(yīng)關(guān)系;三點彎曲和圓盤劈裂試驗的縱向應(yīng)變曲線上升段(裂紋的開展)對應(yīng)的聲發(fā)射累計曲線陡增,表明三點彎曲和圓盤劈裂試驗聲發(fā)射現(xiàn)象與裂紋再次開展有對應(yīng)關(guān)系。(4)對聲發(fā)射試驗波形數(shù)據(jù)進(jìn)行時頻分析,建立了聲發(fā)射信號波形的頻譜分布與試件內(nèi)部裂紋變化的對應(yīng)關(guān)系,解釋了砂巖應(yīng)力記憶現(xiàn)象的物理意義。同時編制了運用主次頻率差的波形特征搜索方法的Matlab程序,可對Kaiser點進(jìn)行自動判斷,并成功地對單軸壓縮的Kaiser點進(jìn)行了識別。(5)從原裂紋在重復(fù)荷載作用下沿原有路徑開裂難易程度的角度,建立了砂巖單軸壓縮、三點彎曲和圓盤劈裂試驗三種試驗方式對應(yīng)的二維力學(xué)模型,并對Kaiser效應(yīng)時間延遲問題作了理論解釋,其計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合。同時借助顆粒流軟件PFC對Kaiser效應(yīng)時間延遲進(jìn)行了再現(xiàn),得出微裂紋接觸面摩擦系數(shù)變化和再次加載應(yīng)力路徑變化是Kaiser效應(yīng)時間延遲誘因的結(jié)論。
[Abstract]:In situ stress measurement has attracted more and more academic and engineering circles, because it is for people to understand the crustal rock stress in the most direct way for the state. Kaiser effect (Kaiser Effect) method for measuring initial stress test of low cost, small difficulty, widespread attention at home and abroad. But some problems related factors Kaiser effect mechanism and its effect is not yet known, such as the Kaiser effect direction, stress level, humidity, temperature, working stress and other factors on the Kaiser effect influence, is especially important for the rock samples from rock, the stress of the memory is weaken or disappear over time and affect the accuracy of test results great. From the rock from rock to the final processing and loading test is always a certain time interval, if during this time interval rock stress memory is not accurate or disappear, test. The fruit will lose its meaning. The existing research results, whether the accuracy of memory of early rock stress affected by time is not conclusive, but are lack of test results, the corresponding theoretical explanation. This paper takes sandstone as the research object, the launch of the axial compression signal acquisition system using a WAW-1000 electro-hydraulic servo testing system and PCI-2 digital sound, three point bending and disc splitting test under the condition of acoustic emission characteristics and time-frequency characteristics are studied. The main contents are as follows: (1) the sandstone under uniaxial compression, three point bending and disc splitting time Kaiser effect experiment under delay variation. The sandstone uniaxial compression test of Kaiser effect with time delay, the three point bending test Kaiser effect does not exist time delay, disk split test Kaiser effect whether there is time delay and uncertain conclusion Felicity Be. And fitted (Filicity Ratio, FR) and the corresponding formula of delay time, capacity of memory law of sandstone should be quantified. At the same time, the corresponding physical noise reduction method. (2) the uniaxial compression tests of different slenderness specimens, the cylinder slenderness ratio in the Kaiser effect less than 2.5 of the ratio of slenderness ratio is greater than 2.5. The obvious conclusion of uniaxial compression test specimens obtained after soaking, Kaiser effect of specimen after immersion in water will not accurately reflect the initial maximum stress (inflection point obvious) conclusion, water Kaiser effect and the sample rate of a certain link. The uniaxial compression test the Kaiser effect of granite, granite is not affected by the impact of time delay conclusion. (3) sandstone under uniaxial compression, three test mode splitting test three point bending and disc changes, strain curve and acoustic emission ringing the number curve Ming Significant relationship, show that the development of acoustic emission phenomenon and crack. The cyclic loading process of sandstone, the uniaxial compression test of longitudinal strain in vertical section (crack compaction stage) and longitudinal strain (oblique line segment crack development) corresponding to the acoustic emission cumulative curve sharply, shows that sandstone uniaxial compression test of acoustic emission phenomenon with the crack compaction and crack again carry out corresponding relationship; three point bending and splitting tensile test disc longitudinal strain curves ascent (crack development) corresponding to the acoustic emission cumulative curve shows increased sharply, three point bending and disc splitting test of acoustic emission phenomenon and the corresponding relationship between the cracks carried out again to (4). The time-frequency analysis of the acoustic emission test of waveform data, established the spectrum distribution of AE signal waveform corresponding relationship with the specimens internal crack changes, explains the physical meaning of the sandstone stress memory at the same time for transport With the waveform characteristics of primary and secondary frequency difference search methods Matlab program, can automatically determine the Kaiser point, and successfully to Kaiser under uniaxial compression were identified. (5) from the original crack under repeated loading along the original path of cracking of the degree of difficulty, a sand rock uniaxial compression. Two dimensional mechanical model of three point bending test and disk split three ways of testing the Kaiser effect and the time delay problem have been explained theoretically, and the calculated results agree well with the experimental results. At the same time with the particle flow software PFC on the Kaiser effect of time delay in the reproduction, that micro cracks contact friction coefficient and change again the loading stress path change is the Kaiser effect of time delay causes the conclusion.

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

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本文編號：1360225