岩石声发射b值及其计算方法研究

【目的】声发射技术被广泛应用于岩土工程等领域中,该技术对灾害的监测预警起到很好的辅助作用。其中,b值分析已经成为研究的一个重要方面。【方法】为了系统总结岩石声发射b值的相关研究,通过查阅总结已有的文献资料,对声发射特征参数b值近年来的研究现状及进展进行阐述,探讨b值的计算方法。【结果】通过对b值计算公式、数据处理方法的详细阐述,总结出两种常用的b值计算方法的优势和局限性。【结论】最后对岩石声发射b值的研究工作进行分析,为今后研究中的进一步解决相关问题提供思路,本研究成果可对岩石声发射b值的有关研究提供一些帮助。

红砂岩短时蠕变声发射b值特征

岩石的蠕变性质是引起岩石破坏的原因之一。因此,对岩石蠕变破坏进行预测具有重要的意义。通过进行分级加卸载条件下的短时蠕变试验,研究了红砂岩在减速蠕变、等速蠕变与加速蠕变阶段的声发射b值特征。试验结果表明:试件在体积变形状态下,声发射b值在减速蠕变阶段与等速蠕变阶段随着蠕变时间的增大而增大;当试件处于体积不变状态与扩容状态下,声发射b值在等速蠕变阶段总体保持稳定;在加速蠕变阶段,声发射b值呈现出先减小,而后增大,最后再次减小的特征。因此,根据声发射b值在不同蠕变阶段的变化特征,在一定程度上可对红砂岩石蠕变破坏进行预测。

砼受压全过程声发射b值与分形维数的研究

声发射ｂ值反映了材料内部微裂缝发展。本文在ＭＴＳ试验系统进行砼受压全过程实验同时，检测了硅声发射的幅值和事件数变化，并根据实验结果对ｂ值进行了研究。研究表明：在应力－应变全曲线峰值处ｂ值最小。此外，还根据分形理论对砼受压全过程分形维数进行了研究。

有机液的非线性声参量B/A研究

依据Ｊａｃｏｂｓｏｎ液体分子自由程理论及有机液声速与分子自由程关系，推导出了有机液非线性声量Ｂ／Ａ的表达式，由此表达式计算出的几种有机液的Ｂ／Ａ参量值与我们测得及文献报道的实验值符合较好。

岩石破坏声发射b值的误差分析

岩石声发射b值变化是岩石破坏的重要前兆之一,由于b值大小受到样本数、起算幅值和幅值间隔等人为设定的影响,开展b值误差量化分析意义重大。采用不同的样本数、起算幅值和幅值间隔,使用最大似然法和最小二乘法计算由随机数组成的岩石声发射幅值目录的b值,将结果中分布在误差以内的数据记为有效数据,使用有效数据占比分析了b值误差大小,并使用室内花岗岩三轴压缩的声发射幅值目录对其进行了验证。结果表明:使用最大似然法计算岩石声发射b值时,有效数据占比随着样本数的增加而减少,随着起算幅值的增大而增加。使用最小二乘法估计b值时,随着样本数的增加,有效数据占比先增后减,样本数为2000个左右时可得到最多的有效数据;幅值间隔一定时,起算幅值越大,有效数据占比越小;随着起算幅值的增加,对应的取得最多有效数据的幅值间隔从22 dB减少到18 dB。研究成果可为岩石破坏声发射b值的合理计算提供参考。

干湿循环节理砂岩单轴压缩声发射演化特征

干湿循环对岩石造成不可逆的累积损伤,而岩石的变形破坏过程伴随着明显的声学特征。为探讨干湿循环后节理砂岩变形破裂机理,通过开展节理砂岩室内单轴压缩试验,采用声发射测试技术监测岩样损伤破坏的声学数据,研究历经0、1、5、10、15、20次干湿循环作用后的完整、单节理、双节理砂岩岩样在变形破裂过程中声发射参数的演化特征。结果表明:随着干湿循环次数的增加,砂岩岩样峰后塑性特征逐渐增强,声发射活动表现存在微弱、增强、陡增、剧烈4个阶段;随着干湿循环次数的增加,节理岩样声发射剧烈活动阶段的持续时间、累计振铃计数的降幅以及变形破坏过程中的声发射b值均呈逐步增大的趋势;各种干湿循环次数情况下完整岩样的声发射b值均大于节理岩样。研究成果可为干湿循环下节理岩体变形破坏机理研究提供有益的参考。

多元有机混合液声速特性与非线性声参量B/A的数值计算

根据Jacobson的液体分子自由程理论和液体声速与分子自由程的关系 ,推导出多元有机混合液声速的温度系数、压力系数和非线性声参量B/A的计算公式 ,并根据组成多元有机混合液各组分特性参量 (密度、自由程、非线性声参量B/A、等压膨胀系数、等温压缩系数等 ) ,利用给出的公式对声速的温度系数、压力系数、非线性声参量B/A进行了数值计算 ,并将计算结果与实验结果进行了比较 .

不同尺寸冲击倾向性煤样声发射b值特征研究

利用岩石力学试验机和AMSY-6发射信号采集系统对不同尺寸强冲击倾向性煤样进行了单轴压缩的声发射测试,借助地震学中的G-R关系探讨了其变形破坏过程中的声发射振幅随时间的动态演化规律。试验结果表明:采用累计频次和微分频次所计算的b值均能得到相似的规律,对于数据量小时可优先采用累计频次,数据量较大时可优先采用微分频次;声发射b值可以表征煤岩体失稳破坏过程,可分为3个阶段:初始波动下降、非稳定过渡、直线下降,可归结为"递减-波动-下降"模式,3个阶段分别与应力应变曲线的各阶段相对应;不同尺寸煤岩声发射变化趋势不同,随着试件尺寸的增大,b值前期变化趋于不稳定,进入塑性阶段后表现出较高的一致性,失稳破坏前兆特征的尺寸效应并不明显;声发射b值在煤岩失稳破坏前均降至最低点,b值下降的突变点位于0.80～0.85倍峰值应力范围内,因此可以把塑性阶段b值的持续下降阶段作为煤岩失稳破坏的一个前兆特征。

间质结构中液态金属的磁声B扫成像研究

磁声B扫成像算法简单,能够实现实时成像,在液态金属标记下的间质结构实时检测中具有潜在的应用价值。由于液态金属与生物组织的声特性及电磁特性差异大,需要额外考虑液态金属与生物组织声阻抗的差异性对声场传播的影响。在液态金属磁声正问题分析的基础上,研究液态金属的磁声B扫成像,分析图像伪影成因,并提出了多向扫描叠加与圆周扫描的方法抑制反射伪影。然后搭建磁声扫描实验平台,对不同分布特点的液态金属样品进行磁声扫描实验并提取B扫图像。结果表明,采用多向扫描叠加及圆周扫描的方法能够有效抑制反射伪影,但由于超声换能器指向性的影响,在圆周扫描中引入了新的指向性伪影。

主动声呐B显图像中的疑似目标自动拾取算法

针对主动声呐B显图像呈“满天星”状从而导致人工提取目标困难的问题,本文在分析B显图像干扰分布特点和界定疑似目标概念的基础上,综合运用图像分割、图像形态学、统计拟合与检测等技术,提出一种疑似目标自动拾取算法。研讨了图像自动调亮与二值化、形态学闭运算与前景背景标定、双阈值检测与综合筛判等算法关键环节的设计与实现,并使用海试数据对算法性能进行了检验。结果表明:本文算法能自动区分B显图像的前景和背景区,从中稳定可靠地自动拾取疑似目标,漏报率低。

多级循环加卸载混凝土损伤特征及声学研究

为研究多级循环加卸载下混凝土损伤声学前兆响应及失稳破坏机理,构建了多级循环加卸载混凝土损伤声学试验系统,试验全程借助声发射监测技术,测试分析了不同加卸载幅度(2-4-6-8 MPa,3-6-9-12 MPa)下混凝土的力学特性、损伤演化特征及声学前兆响应规律,揭示循环加卸载条件下混凝土试样的损伤破坏机理。结果表明:多级循环加卸载下混凝土变形破坏过程可分为初始压密、弹性变形、扰动损伤、塑性变形和失稳破坏阶段,循环加卸载幅度为2-4-6-8 MPa时造成的累积损伤不会破坏混凝土试样,而幅度为3-6-9-12 MPa时可破坏试样;多级循环加卸载会加速高应力状态下混凝土试样损伤破坏过程,增大其内部所积聚的能量,致使微破裂事件增多、声发射振铃计数更加活跃,且加卸载幅度越大试样破坏过程越剧烈,最终破裂也越严重;在多级循环加卸载阶段,声发射时频参数表现出明显的Kaiser效应;试样破坏前其声发射时频参数会出现突增现象,并与加卸载幅度呈正比关系;声发射b值在临近应力峰值阶段呈下降趋势,预示着主破裂的来临,在试样发生主破裂后快速下降直至最低值。

新型超导体MGaSi(M=Ca,Sr,Ba)中声子的非谐性

应用冻结声子的方法研究新型超导材料三元镓硅化物MGaSi(M=Ca,Sr,Ba)中B1g软模在布里渊区中心Γ点的特征,结果表明B1g软模具有很强的非谐性,且数值求解薛定谔方程的结果表明非谐性使声子的振动频率大大增强.

单轴压缩下充填体声发射特性及损伤演化研究

通过水泥胶结分级尾砂充填体单轴抗压声发射试验,研究分析了整个充填体压缩破坏过程中的声发射能率、声发射b值、声发射能率分形维数与时间的关系曲线。试验结果表明:加载初期的声发射活动并不明显,直到加载至应力峰值时,声发射活动显著增强。同时分析表明:声发射b值和声发射能率分形维数曲线呈现明显的波动性,破坏前其曲线均表现出上升趋势,临近破坏时声发射b值和声发射能率分形维数都下降到最低值。利用声发射b值和声发射能率分形维数能较好地描述充填体在单轴抗压破坏时裂隙的产生、扩展至完全破坏情况,将声发射b值和声发射能率分形维数两者结合作为现场监测充填体稳定性的指标,可为矿山现场安全监测提供比单一声发射参数更为有效的依据。最后根据声发射累计能率定义损伤变量,建立了充填体压缩破坏过程中的损伤演化方程,进而得到了单轴压缩条件下充填体的损伤本构模型。

构造活动模式变化对b值影响的实验研究

借助新型声发射观测系统,对两种构造活动模式转变对b值的影响进行了初步实验研究.第一个实验通过改变加载方向使构造活动模式从挤压型雁列变为拉张型雁列,得出前一阶段b值比后一阶段要高;第二个实验通过持续加载使拉张型雁列变为拐折断层,与第一个实验类似,前一阶段b值比后一阶段要高.说明b值可能蕴含有构造活动模式的某些特征,有可能成为分析区域构造活动模式的一种新手段.

反射式非线性声参量层析成像的研究

非线性声参量Ｂ／Ａ描述了有限振幅波在媒质中传播的非线性特性，有可能成为生物组织定征的新参量。本文提出了利用复合式换能器进行反射式的非线性参量Ｂ／Ａ层析成像的新方法。利用反射二次谐波的传播理论及有限振幅波插入取代法给出了计算机重建Ｂ／Ａ层析像的理论方法。对部分流体及生物组织进行了计算机模拟成像及实验研究，取得了较为满意的结果。

B超对甲状腺肿块的鉴别诊断27例报告

27例甲状腺肿块,经B超诊断为甲状腺瘤并囊性变20例,恶性肿瘤6例,1例腺瘤漏诊。全部经手术、病理证实。结果揭示,通过B超观察肿块的大小、形态、轮廓、内部回声和结构、周围组织的情况及后方回声效应等,能够鉴别肿块的良性和恶性。

预静载与周期扰动荷载组合作用下花岗岩的断裂韧度与声发射特征

钻爆法是大型地下工程的主要开挖施工方法。对洞室围岩而言,除受地应力作用外(静载),还经常受到爆破等扰动荷载的作用。地应力与爆破扰动的耦合作用在深部高地应力条件下表现更为显著。因此,研究动静组合荷载作用下岩石的力学行为,特别是断裂特征,可为预测和控制深部岩石工程特有的问题提供理论基础。作者采用人字形切槽巴西圆盘(cracked chevron notched brazilian disc,CCNBD)试样,在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验机上进行组合加载试验,研究花岗岩在预静载和周期扰动荷载组合作用下的断裂韧度与破坏特征。在获得静态断裂韧度的基础上,分别设定预静载为静态强度的50%、85%和90%,再分别施加50%、15%和10%的扰动荷载,获得组合加载条件下断裂韧度和声发射信号,分析Falicity比和声发射b值。结果表明:1)组合荷载作用下试样的裂纹张开位移(crack open displacement,COD)比静态加载时大,但随着预静载的增大而减小。2)花岗岩CCNBD试样的塑性变形比、修正断裂韧度均随预静载的增大而增大。3)预静载较低时,对试样承受扰动荷载能力的影响较小;预静载比达到90%后,试样对扰动荷载很敏感,且随着扰动荷载的施加,试样发生渐进破坏。

不同围压下煤岩声发射基本特性及损伤演化

利用PCI-2声发射系统对四川芙蓉白皎煤矿煤岩展开不同围压(0、8、16、25 MPa)的声发射试验研究,旨在揭示不同围压下煤岩破坏过程的振铃计数率、声发射时空分布、声发射b值及破坏煤岩的损伤特性变化规律,为有效预测煤岩破坏提供有利的理论依据。研究表明:声发射现象能够较好地反映煤岩内部裂纹的扩展情况,围压对煤岩破坏具有一定的抑制作用。随围压增大,振铃计数率平静期越长;单轴、三轴状态下振铃计数率高频段发生时段不同。单轴状态下声发射定位点均匀分布于煤岩内部,三轴状态下则集中分布于破坏截面。随围压增大,峰前声发射b值波动现象增强,可利用b值变化预测煤岩破坏。基于累计振铃计数、结合煤岩破坏应力建立煤岩损伤破坏模型,结合声发射振铃计数率、时空分布、b值及损伤变量可对煤岩有效破坏的前兆应力点进行预测。研究成果将为煤岩破坏的微震监测分析奠定基础。

牛奶变质的超声非线性定征

本文利用有限振幅声波插入取代法实验研究了牛奶变质过程中非线性参量B／A的变化。变质初始阶段,非线性声参量B／A的值显著增加。结合物理化学性质(PH值和粘度)对实验结果进行了讨论。与线性声参量相比,非线性声参量对牛奶的变质更为敏感,可应用于乳品质量检验及质量控制。