单轴压缩条件下加锚砂岩声发射特性及其与岩爆的联系

为研究锚固岩体破坏机制,结合声发射监测技术,采用RMT-150C型试验系统开展加锚砂岩的单轴压缩试验,探讨单轴压缩下加锚砂岩声发射RA值(声发射信号上升时间与幅值的比值)特征及其对应的裂纹扩展演化和室内岩爆的联系。研究结果表明:无锚砂岩加载初期的声发射活动平静且持续时间长,加载后期声发射信号集中释放,加锚砂岩在加载初期迅速产生较高频率的声发射信号,声发射信号具有分散性释放的特点,无锚和加锚砂岩声发射振铃计数峰值和声发射能量峰值均在其外载荷接近峰值时出现;无锚砂岩和加锚砂岩最终破裂均为拉剪破坏,但无锚砂岩破裂演化初始为张拉裂纹,加载初期产生较高的声发射RA值,加锚砂岩破裂演化初始为剪切裂纹,加载初期产生较低的声发射RA值;声发射RA值与岩石破裂类型有极大相关性,其变化趋势与锚固作用有联系,能对锚杆支护措施下的岩爆灾害监测预警有较好的指导作用。

加锚砂岩单轴力学特性及屈曲型岩爆控制机制

为探讨锚杆对砂岩屈曲型岩爆的调控作用,开展加锚砂岩的单轴压缩试验,并进行声发射特征监测。研究结果表明:无锚砂岩与加锚砂岩的破坏模式存在差异,无锚试样以张拉破坏为主并伴生剪切破坏,而加锚试样均呈单一斜面剪切破坏;加锚砂岩在加载初期就使系统的能量充分释放。锚杆控制屈曲型岩爆的机制如下:锚杆可发挥出组合梁的整体弯曲效果,使层状岩板向临空面的屈曲变形受到极大限制;加锚砂岩表现为单一剪切破坏,在一定程度上抑制张拉裂纹的产生,不具备劈裂成板的特征,从而破坏屈曲岩爆的孕育过程;加锚砂岩在加载前期就发生比较活跃的声发射活动,使系统能量充分释放,更难于储存弹性应变能,破坏时释放的能量小于无锚试样破坏时释放的能量,加锚砂岩可释放的动能占总能量的比例减小,从而降低屈曲岩爆的孕育能力和发生烈度。

1G NPR锚索加锚砂岩单轴力学特性试验研究

为进一步研究1 G NPR锚索加锚岩体的稳定性,以砂岩为研究对象,设计制作了试验1 G NPR锚索,分别对有侧限、无侧限约束条件下的无锚、普通锚索加锚、1 G NPR锚索加锚的岩石试件进行单轴试验及声发射试验研究。结果表明:在有侧限、无侧限2种约束条件下,1 G NPR锚索加锚岩体单轴抗压强度相较于无锚提高至少20%、相较于普通锚索加锚提高9%以上;破坏特征方面,无锚试件是以张拉破坏为主的拉剪破坏且破坏后的碎散程度高。1 G NPR锚索加锚岩体主要以剪切破坏为主,1 G NPR锚索支护范围内的岩石形态较为完整,整体的碎散程度较低;从声发射角度来看,1 G NPR锚索的累积振铃计数仅为无锚的1/3。相较于无锚岩石试件的前期平缓增加,而在破坏瞬间产生大量的声发射振铃计数,1 G NPR锚索加锚岩石试件的前期呈现阶段增加趋势,在破坏瞬间声发射振铃计数并不会发生爆发式的突增现象。1 G NPR锚索提高了砂岩试件的峰值强度,同时,在峰后阶段,1 GNPR锚索通过多次结构滑移,释放了锚固岩体积累的能量,延缓了裂缝的开展与贯通,破坏后的试件碎散程度更低。