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不同中间主应力下花岗岩失稳过程的微震信号演化特征 被引量:2
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作者 苏国韶 胡诗红 +1 位作者 蒋剑青 任泓宇 《水电能源科学》 北大核心 2023年第1期142-146,共5页
为探究深埋隧洞围岩失稳破坏的微震演化特征,开展了不同中间主应力(σ2)下的花岗岩双轴压缩试验,运用微震监测系统和高清摄像机实时监测花岗岩破裂失稳过程。分析了不同σ2下岩石失稳过程的微震b值和主频的演化特征,并提出微震能量释放... 为探究深埋隧洞围岩失稳破坏的微震演化特征,开展了不同中间主应力(σ2)下的花岗岩双轴压缩试验,运用微震监测系统和高清摄像机实时监测花岗岩破裂失稳过程。分析了不同σ2下岩石失稳过程的微震b值和主频的演化特征,并提出微震能量释放指标来描述岩石破坏的剧烈程度。结果表明,随着σ2的增加,累积微震能量释放、岩石失稳前夕lgN/b的最大值和低频信号占比、岩石失稳时刻的微震能量释放率均增加,而在岩石失稳前夕b值最小值减少。此外,岩石失稳的微震前兆有b值下降至低于0.8、lgN/b上升至大于3和高幅低频信号出现。岩石出现板裂的前兆是高幅低频信号伴随少量高幅高频信号同时出现;岩石出现岩爆破坏的前兆是b值下降至小于0.5,lgN/b上升至大于5,且高幅值的信号只出现在低频带。 展开更多
关键词 深埋隧洞 微震 试验研究 中间主应力
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深埋隧洞掌子面岩爆的真三轴试验模拟 被引量:1
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作者 苏国韶 任泓宇 +2 位作者 蒋剑青 胡诗红 陈贤杰 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1130-1138,共9页
深埋隧洞施工过程中开挖掌子面上发生的岩爆灾害严重威胁施工人员与设备安全。为了探究掌子面岩爆的发生机制与特征,利用高压伺服真三轴试验机,采用预制非贯通圆孔花岗岩立方体岩样(150 mm×150 mm×150 mm),成功模拟了深埋隧... 深埋隧洞施工过程中开挖掌子面上发生的岩爆灾害严重威胁施工人员与设备安全。为了探究掌子面岩爆的发生机制与特征,利用高压伺服真三轴试验机,采用预制非贯通圆孔花岗岩立方体岩样(150 mm×150 mm×150 mm),成功模拟了深埋隧洞掌子面岩爆过程。结果表明:掌子面岩爆主要经历颗粒弹射、劈裂成板和板折弹射3个阶段;在相同加卸载条件下,与常见的出现在围岩四周洞壁的岩爆现象相比,掌子面岩爆的孕育过程以张拉破裂模式为主,动力失稳前夕出现明显板裂屈曲现象,岩块弹射烈度相对较弱,但动力失稳过程在时间上更为集中,岩体破损体积较大;与单向开挖情况相比,双向开挖情况下且掌子面岩柱厚度较小时,掌子面岩爆更易发生,岩爆烈度更高,需采取有效安全调控措施。 展开更多
关键词 安全工程 隧洞 岩爆 掌子面 真三轴试验
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含预制单裂隙花岗岩的真三轴单面临空岩爆试验研究 被引量:9
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作者 罗丹旎 卢思航 +1 位作者 苏国韶 陶洪辉 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期75-87,共13页
通过开展含预制单裂隙花岗岩的真三轴单面临空岩爆试验,并利用高速摄像系统和声发射(acoustic emission,简称AE)系统监测岩爆过程,探究了不同产状裂隙岩石的破坏模式、强度变形和声发射演化特性,分析了裂隙产状与岩爆过程及弹射动能之... 通过开展含预制单裂隙花岗岩的真三轴单面临空岩爆试验,并利用高速摄像系统和声发射(acoustic emission,简称AE)系统监测岩爆过程,探究了不同产状裂隙岩石的破坏模式、强度变形和声发射演化特性,分析了裂隙产状与岩爆过程及弹射动能之间的关系,对比了含裂隙岩石岩爆发生机制与无裂隙完整岩石的差异。有关力学特性的分析表明,随着裂隙倾角的减小,岩样破坏模式大体呈现由“内剪外劈”向“Z型斜剪”变化的趋势,裂隙对岩石强度的削弱作用不断增大。当裂隙倾角小于30°时,岩石峰值应力普遍仅为完整岩样的一半左右;小倾角裂隙的长度越大,岩样岩板劈裂现象变得显著,形成岩爆坑略微变大,且强度折减幅度越大,峰值轴向应变相应变小;裂隙位置向临空面靠近会加剧岩板的劈裂效应,塑性阶段普遍会产生较大变形并萌生大量裂纹,当裂隙已出露且切断临空面将不易形成岩爆坑。有关岩爆过程及弹射动能的分析表明,随着裂隙倾角的减小,岩样弹射动能呈现先显著降低后小幅回升的变化规律,30°倾角为转变拐点;岩样内部裂隙距临空面越近,裂隙岩样的弹射动能越小;树脂填充裂隙使得岩样弹射动能极大提升,而水泥填充的则无明显提升。有关声发射特征的分析表明,裂隙长度越长,裂隙倾角越小,“平静期”相对岩爆过程的时间占比越大,峰后阶段岩爆瞬间的绝对能量占比越小;若裂隙位置靠近临空面,普遍会形成两个“平静期”,AE绝对能量演化曲线也会额外多一次突增;随着裂隙倾角的增大,裂隙岩样b值初期波动阶段的持续时间变长,下降阶段的速率变大,最小b值点与岩爆时刻越相近。大体看来,含裂隙岩石的应变型岩爆发生机制与无裂隙完整岩石是有区别的,其岩爆发生机制主要有剪切破裂型和张拉板裂型两大类。研究成果为裂隙岩石的岩爆灾害发生机制分析、利用声发射手段预警提供了科学依据。 展开更多
关键词 岩爆 岩石 裂隙 声发射 弹射动能
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深埋隧洞硬岩板裂化过程试验研究 被引量:8
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作者 胡小川 苏国韶 +2 位作者 陈冠言 燕柳斌 梅诗明 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2271-2280,共10页
基于含孔花岗闪长岩试件成功再现了深部隧洞硬岩板裂化过程,并结合实时监测系统、光学显微镜、声发射监测系统对板裂过程、“V”型板裂破坏带、板裂微观机理、特征应力、碎屑及裂纹演化特征进行详细分析。结果显示:通过不断加载的应力... 基于含孔花岗闪长岩试件成功再现了深部隧洞硬岩板裂化过程,并结合实时监测系统、光学显微镜、声发射监测系统对板裂过程、“V”型板裂破坏带、板裂微观机理、特征应力、碎屑及裂纹演化特征进行详细分析。结果显示:通过不断加载的应力路径可再现板裂化过程,板裂主要在压应力集中区域开始孕育,在微观上以穿晶、张性、膨胀性裂纹相互作用、联合贯穿,并以33.42°~41.91°的角度相交于临空面或洞壁,于潜在“V”型坑附近形成一系列薄岩板,岩板厚度通常为101.38~120.9μm;岩板不断向外鼓胀、屈曲折断,最终在压应力集中区域形成近似对称的“V”型板裂带。板裂前期,声发射信号主频主要集中在260~340 kHz,幅值主要集中在40~60 dB,以产生高频、低幅、小尺度裂纹为主要特征;板裂后期,25~75 kHz的低频声发射信号开始出现,且在25~350 kHz整个区间均有分布,大于80 dB的高幅信号出现,以低频、高幅值裂纹号出现,低、中、高频和低、中、高幅值裂纹共存为主要特征;板裂中期,以主频、幅值特征介于上述二者之间的裂纹为主要特征。 展开更多
关键词 岩石力学 深埋隧洞 板裂 物理试验 声发射
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真三轴加载条件下岩爆过程的声发射演化特征 被引量:17
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作者 苏国韶 燕思周 +2 位作者 闫召富 翟少彬 燕柳斌 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1673-1682,共10页
利用真三轴岩爆试验系统,对花岗岩开展真三轴加载条件下岩爆过程的声发射试验,初步揭示了岩爆过程中的声发射时空演化特征:岩爆孕育前期,振铃撞击比较小,主频以低频为主,优势频段(基于小波分析能量占比最大频段)为小于125 kHz的低频段,... 利用真三轴岩爆试验系统,对花岗岩开展真三轴加载条件下岩爆过程的声发射试验,初步揭示了岩爆过程中的声发射时空演化特征:岩爆孕育前期,振铃撞击比较小,主频以低频为主,优势频段(基于小波分析能量占比最大频段)为小于125 kHz的低频段,声发射事件点由分散态趋于聚集态,新增事件由临空面向岩样内部方向转移;岩爆发生前夕,振铃撞击比大幅突增,低频、中频、高频信号大量涌现,主频带由离散形态转变为连续形态,250~500 kHz优势频段信号占比明显增加,声发射事件成核区在距临空面较远处成形,临空面附近区域事件点增多;岩爆发生阶段,声发射呈低频高幅特征,优势频段重新转入62.5~125.0 kHz,岩样临空面附近声发射活跃,岩样内部出现明显的声发射事件成核区,表明临空面附近出现了岩板劈裂现象,距临空面较远处出现了宏观剪切破坏现象。 展开更多
关键词 岩石力学 岩爆 真三轴 声发射
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基于声音信号的室内岩爆动态预测方法 被引量:6
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作者 刘鑫锦 苏国韶 +4 位作者 冯夏庭 燕柳斌 闫召富 张洁 李燕芳 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期3573-3580,共8页
利用自主研发的真三轴岩爆试验机,在室内再现了应变型岩爆过程,并对岩爆过程中的声音信号进行监测。采用梅尔倒谱系数、谱质心、短时平均过零率等可定量化描述声音特性的组合指标作为岩爆过程典型破坏现象声音信号的特征提取信息,在此... 利用自主研发的真三轴岩爆试验机,在室内再现了应变型岩爆过程,并对岩爆过程中的声音信号进行监测。采用梅尔倒谱系数、谱质心、短时平均过零率等可定量化描述声音特性的组合指标作为岩爆过程典型破坏现象声音信号的特征提取信息,在此基础上结合适用于处理小样本、非线性分类问题的高斯过程机器学习方法,建立岩爆过程典型破坏现象识别的高斯过程模型,由此实现室内岩爆过程典型破坏现象的智能识别。进而,针对岩爆传统预测方法侧重于趋势预测而不能判别岩爆过程发展阶段的不足,采用智能识别+趋势预测的动态识别策略,以岩爆发生前夕的平静期、谐波均值、色谱向量均值等声音特征指标的变化规律作为岩爆前兆信息,提出一种多层次递进式的岩爆动态预测方法。室内岩爆的预测结果表明,该方法是可行的,为未来建立基于声音的现场岩爆预测方法奠定试验基础。 展开更多
关键词 岩石力学 岩爆 岩爆预测 声音信号
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中间主应力对隧洞岩爆影响的模型试验研究 被引量:14
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作者 梅诗明 胡小川 +1 位作者 苏国韶 陈冠言 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3959-3968,共10页
为探究隧洞纵轴线方向应力对隧洞岩爆的影响,利用真三轴岩爆试验系统,对含预制圆孔的立方体花岗岩试样进行不同中间主应力条件下的岩爆模型试验,在室内再现了隧洞岩爆过程。试验中采用视频观测系统与声发射系统监测岩爆过程。试验研究... 为探究隧洞纵轴线方向应力对隧洞岩爆的影响,利用真三轴岩爆试验系统,对含预制圆孔的立方体花岗岩试样进行不同中间主应力条件下的岩爆模型试验,在室内再现了隧洞岩爆过程。试验中采用视频观测系统与声发射系统监测岩爆过程。试验研究结果表明:无宏观破坏、颗粒弹射、岩板劈裂和块片喷射是隧洞岩爆孕育过程主要经历的4个阶段;中间主应力越高,颗粒弹射到块片喷射之间的历时越短,岩板劈裂持续时间越长,块片喷射的持续时间越短且喷射破坏越剧烈;中间主应力越高,在环向第一主应力和纵轴向中间主应力的泊松效应迭加作用下,围岩劈裂破坏越严重,岩爆发生需要的应力水平越高,岩爆发生风险有所降低;但当应力集中水平足够高导致岩爆发生时,岩爆烈度越强。 展开更多
关键词 隧洞 岩爆 模型试验 中间主应力
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不同饱水度花岗岩的真三轴岩爆试验研究 被引量:10
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作者 罗丹旎 苏国韶 何保煜 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1331-1340,共10页
利用真三轴岩爆试验系统,开展了不同饱水度红色粗晶花岗岩的岩爆试验,分析了不同饱水度下岩爆破坏岩样的强度与变形特征、破坏与弹射特征、声发射特性等,探讨了岩石饱水度与岩爆弹射动能的定量关系以及水对岩爆的影响机制。研究结果表明... 利用真三轴岩爆试验系统,开展了不同饱水度红色粗晶花岗岩的岩爆试验,分析了不同饱水度下岩爆破坏岩样的强度与变形特征、破坏与弹射特征、声发射特性等,探讨了岩石饱水度与岩爆弹射动能的定量关系以及水对岩爆的影响机制。研究结果表明:(1)当岩样的相对饱水度超过0.3,其峰值应力和屈服应力较天然状态的明显降低;(2)岩样饱水度的增加使得岩爆过程中小颗粒弹射减少、小岩片剥落增多、岩板外鼓现象减弱,且岩爆坑体积减小、岩爆碎块的粒径分布由连续分布变为不连续分布;(3)随饱水度的增加,岩爆发生前夕声发射撞击数显著下降的平静期的总历时呈缩短趋势,岩爆发生时刻的声发射撞击数呈增大趋势,且累积绝对能量呈减小趋势、能量释放速度呈放缓趋势,表明岩样塑性破坏特性有所增强;(4)岩爆弹射动能随饱水度的增大而显著减小,二者呈单调线性的负相关关系,水对岩石的作用主要是软化和水楔作用,水的黏性也会对碎块弹射产生影响。 展开更多
关键词 岩爆 真三轴试验 饱水度
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Acoustic emission precursors of static and dynamic instability for coarse-grained hard rock 被引量:13
9
作者 su guo-shao GAN Wei +1 位作者 ZHAI Shao-bin ZHAO Guo-fu 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第10期2883-2898,共16页
To investigate the acoustic emission(AE)precursors of coarse-grained hard rock instability,an experimental study on the rockburst and slabbing process of granite was carried out using a true triaxial test system.The e... To investigate the acoustic emission(AE)precursors of coarse-grained hard rock instability,an experimental study on the rockburst and slabbing process of granite was carried out using a true triaxial test system.The evolution of the AE signals was monitored and analyzed in terms of the AE hit rate,fractal dimension of the AE hit number,AE count rate,b-value,dominant frequency and microcrack type.The test results show that after rock slabbing occurs,the AE precursors that can be used to predict the final dynamic instability(rockburst)are as follows:indicators such as the AE hit rate and AE count rate suddenly increase and then suddenly decrease;the AE hit rate exhibits a“quiet period”;during the“quiet period”,a small number of high-amplitude and low-frequency hits occur,and the signals corresponding to shear fracture continue to increase.The AE precursors for the final static instability(spalling)are as follows:both the AE hit rate and the b-value continuously decrease,and intermittent sudden increases appear in the high-frequency hits or the AE count rate. 展开更多
关键词 ROCKBURST slabbing SPALLING acoustic emission true triaxial test
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基于声发射Wigner-Ville时频图的岩石拉剪破裂智能识别方法
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作者 王拯扶 苏国韶 +3 位作者 胡小川 刘岩鑫 黄杰 燕柳斌 《广西大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第5期1196-1203,共8页
为了解决岩石破裂过程中的拉破裂与剪破裂两种破裂类型的高效识别问题,提出一种基于声发射Wigner-Ville时频图的岩石拉、剪破裂智能识别方法。该方法首先通过岩石的巴西圆盘试验和直剪试验,获得了与拉破裂、剪破裂对应的声发射撞击信号... 为了解决岩石破裂过程中的拉破裂与剪破裂两种破裂类型的高效识别问题,提出一种基于声发射Wigner-Ville时频图的岩石拉、剪破裂智能识别方法。该方法首先通过岩石的巴西圆盘试验和直剪试验,获得了与拉破裂、剪破裂对应的声发射撞击信号,进而绘制拉破裂与剪破裂的Wigner-Ville时频图,由此构建以Wigner-Ville时频图为特征的训练样本和测试样本;然后,利用训练和测试样本,建立了拉破裂与剪破裂自动识别的支持向量机(SVM)模型,实现了基于声发射Winger-Ville时频图的岩石拉、剪破裂过程智能识别,并利用所建模型对双轴压缩条件下的灰岩拉、剪破裂过程进行识别,揭示了双轴压缩条件下灰岩张拉破裂到剪切破裂的拉、剪演化过程。研究结果表明,该方法具有识别精确度高、简单、实用的特点。 展开更多
关键词 岩石力学 声发射 Wigner-Ville时频图 支持向量机
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基于UDEC-GBM的矿物晶粒解理特征对硬岩石破坏过程的影响
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作者 胡小川 丁学正 +1 位作者 苏国韶 廖满平 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期1160-1170,共11页
基于块体离散单元数值模拟方法(UDEC-GBM),以钾长石矿物颗粒为例,详细研究了矿物晶粒解理倾角、解理倾角围压效应及解理间距对硬质岩石力学性质、微观开裂过程及机理的影响,并探讨了解理特征在工程实际中可能带来的影响.数值研究结果表... 基于块体离散单元数值模拟方法(UDEC-GBM),以钾长石矿物颗粒为例,详细研究了矿物晶粒解理倾角、解理倾角围压效应及解理间距对硬质岩石力学性质、微观开裂过程及机理的影响,并探讨了解理特征在工程实际中可能带来的影响.数值研究结果表明:(1)晶粒解理具有明显倾角效应,当解理倾角由0°增加到90°时,岩石的弹性模量、单轴压缩强度及峰后脆延特征都会发生变化,穿晶总裂纹数受影响明显,主要体现在钾长石张拉穿晶裂纹显著增加,钾长石剪切裂纹数量在60°增加到最大值后减少,石英穿晶张拉裂纹数量也有明显变化,总体而言不断增加,而沿晶裂纹数量呈减少趋势,整个开裂过程仍以张拉沿晶主导;(2)晶粒解理倾角效应受围压影响,围压会导致沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和二者比值发生变化,但不同倾角下围压对沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和比值变化影响不一样;(3)当解理间距由2 mm增加到4 mm时,穿晶裂纹数量有增加趋势,而沿晶裂纹数量减少,总剪切和张拉裂纹数量比值不变,对岩石微观张拉、剪切破坏机制无明显影响.此外,具有解理结构的矿物晶粒含量较高且矿物晶粒本身性质对岩石性质及响应影响显著时,解理特征对板裂、岩爆等破坏的影响应给予重视. 展开更多
关键词 岩石力学 矿物晶粒 解理特征 数值模拟 离散单元法
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应变型岩爆过程的声发射特征研究 被引量:4
12
作者 张洁 苏国韶 +1 位作者 石焱炯 燕柳斌 《实验力学》 CSCD 北大核心 2019年第1期79-87,共9页
采用真三轴岩爆试验系统开展岩石力学试验,在室内再现了花岗岩的应变型岩爆破坏、板裂破坏、真三轴剪切破坏三种破坏过程。研究表明,与板裂破坏、真三轴剪切破坏不同,在整体破坏前夕,岩爆破坏存在明显的声发射撞击数相对"平静期&qu... 采用真三轴岩爆试验系统开展岩石力学试验,在室内再现了花岗岩的应变型岩爆破坏、板裂破坏、真三轴剪切破坏三种破坏过程。研究表明,与板裂破坏、真三轴剪切破坏不同,在整体破坏前夕,岩爆破坏存在明显的声发射撞击数相对"平静期";三种破坏的声发射撞击数分形维数Dt都存在整体破坏前夕持续下降到极小值点而破坏瞬间突增的现象,但岩爆破坏在整体破坏前夕的Dt持续降低速率和整体破坏瞬间Dt增幅上都比板裂破坏的大;三种破坏过程的声发射信号的主频值呈"低频-高频-低频"的总体演化趋势,频谱形状经历"单峰-多峰-单峰"的交替变化过程,但在岩样破坏的塑性阶段,三种破坏在主频分布及信号幅值上有明显差异。 展开更多
关键词 岩石力学 真三轴试验 岩爆 板裂 声发射
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