三轴压缩单一裂隙砂岩细观损伤破坏特性CT分析

完成了含单一预制裂纹的裂隙砂岩三轴压缩条件下的细观破坏特性CT实时扫描试验。得到了裂纹萌生、发展、宏观裂纹形成、破坏等各阶段的CT图像。结果表明,与完整岩石试样一样,三轴压缩单一裂隙砂岩的破坏过程也可以分为线性发展阶段、细观裂纹萌生及发展阶段、损伤快速发展阶段和峰后损伤加速发展阶段等4个阶段,但是,由于已有裂隙的存在,裂隙岩石的损伤演化速度高于完整岩石的损伤演化速度,已有预制裂纹对新的裂纹的起裂位置及贯通性宏观破坏裂纹的形成具有重要影响,裂隙砂岩试样的扩容量大于完整试样破坏时的扩容量。

基于临界慢化理论的细砂岩破坏前兆试验研究

为探究单轴荷载作用下含预制裂隙细砂岩的临界慢化特征与失稳前兆,利用MTS加载系统对不同预制裂隙角度的细砂岩开展单轴加载和同步声发射(Acoustic Emission,AE)探测试验,基于临界慢化理论方法对岩石试验损伤破坏过程的声发射特征参数(RA/AF、持续时间、上升时间)进行系统分析,研究结果表明:(1)在单轴加载条件下,当含预制裂隙的细砂岩石从损伤破裂相态转向失稳破坏相态时,会出现分散涨落现象,即呈现明显的临界慢化现象,表现为方差和自相关系数的骤然增大。(2)窗口长度和滞后步长对方差的前兆特征出现时间没有明显影响,而对自相关系数的波动性有较大影响,当窗口长度和滞后步长较小时,自相关系数波动较大;当窗口长度和滞后步长较大时,自相关系数波动较小。(3)声发射RA/AF值、持续时间、上升时间的方差和自相关系数前兆信号突变时间相同,波形起伏相似,且出现在新的微裂纹萌生的不可逆塑性变形阶段,故声发射RA/AF、持续时间、上升时间的方差和自相关系数增大可作为失稳前兆特征信息。(4)自相关系数相比方差而言波动较大,因此可将方差作为岩石损伤破坏向失稳破坏转变的主要判据,自相关系数作为辅助判据。研究成果可对滑坡、崩塌、采矿、隧道等突发性强、外部变形不明显的岩质脆性破坏的短临监测预警提供重要参考。