论文部分内容阅读
岩石在循环荷载的作用下,内部结构出现不同程度的损伤,其强度特性、力学行为会随应力路径不同而发生变化。声发射（AE）、微震（MS）、电磁辐射（EMR）均与岩石受载状况及变形破裂过程密切相关,AE主要反映岩石破裂过程中的微裂隙扩展信息,MS主要反映宏观裂隙扩展信息,EMR主要捕捉岩石开裂释放出的电信号,三者从不同的角度反映了岩石变形破裂行为。目前,关于循环荷载作用下不同含水状态岩石损伤破坏规律探究所依托的监测手段和岩石损伤破坏过程中获取的信号参数均较为单一,难以支撑对该条件下岩石损伤破坏过程进行全面、深入的分析。因此,本文结合三种声电技术对岩石受载过程进行监测,探究循环荷载作用下干燥及饱和砂岩变形及破坏过程的声电特性,对判断和预测岩石的稳定性具有一定指导作用。主要研究内容及成果如下:（1）对干燥及饱和砂岩进行了加卸载速率为0.2k N/s～0.6k N/s的分级循环加卸载试验,监测了岩样受载至破坏全过程的AE、MS、EMR信号,探究了加卸载速率对砂岩声电特性的影响规律。结果表明:不同加卸载速率条件下干燥及饱和砂岩的AE及MS能量曲线出现“双峰现象”,随着循环加卸载速率的增加,AE及MS的“双峰现象”逐渐减弱;加卸载速率越快,干燥及饱和砂岩各级循环及加载至破坏过程的AE、MS、EMR三种声电能量释放率越高,饱和砂岩对应三种声电能量释放率均小于干燥砂岩。（2）对干燥及饱和砂岩进行了加载上限为35MPa～55MPa、卸载下限为0MPa的9次等幅循环加卸载试验,同步监测岩样受载至破坏全过程的AE、MS、EMR信号,探究了加载上限对砂岩声电特性的影响规律。结果表明:加载上限值越大,各循环AE能量值越大,砂岩循环初期的AE能量值越大;加载上限值越小,加载至破坏阶段的AE信号越强,AE能量越高且集中;MS的对应规律与AE类似。（3）对不同分级循环加卸载速率及不同等幅循环加载上限条件下干燥及饱和砂岩受载至破坏的损伤演化过程进行了探究。结果表明:加卸载速率相同时,砂岩分级循环过程中由耗散能、AE能量、MS能量、EMR能量及声电总能量表征的5种损伤参量均随循环阶段进行呈非线性增长;加卸载速率越快,砂岩相应各级循环及加载至破坏过程对应损伤越高;干燥砂岩的损伤演化曲线呈下凹圆弧形,饱和砂岩的损伤演化曲线呈S形;等幅循环荷载作用下,加载上限相同时,前9个循环砂岩的5种损伤演化曲线近似直线,在加载至破坏阶段由耗散能、三种声电能量及声电总能量表征的5种损伤参量均发生突增,且干燥样增长幅度大于饱和样;此外,声电总能量与耗散能损伤演化趋势最为一致,声电总能量表征的损伤参量效果最佳。（4）对经过9次等幅循环试验后的干燥及饱和砂岩进行了单轴再加载,从多种角度对比分析了不同加载上限条件下砂岩受载至破坏过程中的声电信号,探究了砂岩受载过程中AE、MS及EMR信号的区别与联系。结果表明,不同加载上限条件下干燥及饱和砂岩受载至破坏过程的压密、弹性、稳定破裂、失稳破裂各阶段的AE、MS及EMR三种声电能量释放率（能率）、破坏过程各阶段3种声电能量分别占破坏过程声电总能量比值（能量占比）、3种声电能量表征的损伤参量及3种声电振铃（脉冲）存在一定的区别。压密至弹性阶段干燥及饱和砂岩的3种声电能率变化均较小,加载上限值越大,砂岩破坏过程中稳定破裂至失稳破裂阶段的3种声电能率越小;在砂岩受载至破坏过程中的4个阶段,AE及EMR能量占破坏过程声电总能量比值逐渐减小,MS能量占破坏过程声电总能量比值逐渐增加。加载上限值越大,AE能量占比降低得越多,MS能量占比越大且对应增长幅度越小,EMR能量占比越小且对应降低幅度越大。岩样处于压密阶段时,AE及EMR能量损伤参量增长幅度大于MS及声电总能量损伤参量;弹性及稳定破裂阶段前期,AE、EMR、MS及声电总能量损伤参量增长幅度均较小;稳定破裂至失稳破裂阶段,砂岩的MS能量损伤参量增长幅度最大。干燥及饱和状态砂岩的AE、MS、EMR三种声电振铃（脉冲）数在压密至弹性阶段下降,在弹性至稳定破裂阶段增加,与饱和样相比,干燥样增长幅度较小;在失稳破裂阶段,干燥砂岩的3种振铃（脉冲）数增加,饱和砂岩的3种振铃（脉冲）数减少。