不同加载条件下岩石材料破裂过程的声发射特性研究

在刚性压力机上对岩石进行单轴全过程加载和加卸载试验,测试岩石材料在不同加载条件下受力变形过程的应力–应变、应力–时间–声发射事件累计值、应力–时间–声发射事件率关系曲线。在试验结果的基础上,分析了加载时岩石全过程声发射特性、加卸载时岩石在卸载和重复加载时的声发射特性。试验表明:在不同的应力水平进行人为卸载时在卸载过程中岩石都会产生明显的声发射;在应力水平低于峰值强度的50%时卸载后的重复加载过程中,在未达到前次加载应力水平之前时岩样的声发射事件数很少(事件率很小)或不产生声发射,即出现典型的Kaiser效应现象;而在超过60%峰值强度的应力水平卸载后的重复加载过程中则出现明显的声发射现象,即出现所谓的Felicity现象;在加载和加卸载试验中,岩石峰后破坏过程中都产生大量的声发射事件。试验还表明,对于具有中压突增型声发射特性的岩样,都有峰值前出现声发射相对平静期现象的特点。

基于裂纹损伤应力及声发射数的卸载点判断

岩爆倾向性指数Wet是广泛应用于评价岩石岩爆倾向性的指标。但是,由于试验过程中卸载点难以判断,使得试验结果往往存在较大偏差。目前,通常认为裂纹损伤应力和声发射相对平静期对应的初始应力均接近岩石的峰值强度,可以作为卸载点。但是哪种方法的效果更优尚不明确。通过对花岗岩进行单轴加载试验,在试验时同时监测岩样的应力-应变关系曲线及声发射数,发现裂纹损伤应力与声发射相对平静期对应的初始应力相接近,且二者均接近岩石的峰值强度。因而在试验机无法自动显示和监测裂纹损伤应力时,可以通过声发射监测,将声发射相对平静期对应的初始应力作为卸载点。同时,由工程实例表明,将声发射相对平静期对应的初始应力作为卸载点,其按岩爆倾向指数Wet计算所得的岩爆倾向性结论与现场实际监测所得的结论相符。

增量循环加卸载下岩石峰值强度前声发射特性试验研究

为了研究岩石峰值强度前声发射前兆特性、加卸载过程的声发射特性,以指导声发射技术在岩体工程监测和灾害预警中的应用,采用花岗闪长岩、角岩、矽卡岩、铜矿、钨钼矿和铅锌矿共6种岩石分别开展单轴压缩、增量循环加卸载和增量稳压循环加卸载3种不同加载方式的试验,主要对岩样峰值强度前声发射相对平静期、卸载过程的声发射特性、对2种不同循环加卸载方式下的Felicity比以及加卸载响应比的变化情况进行研究。试验结果表明,3种加载方式下部分岩样始终存在"相对平静期"现象,多种岩样的AE事件峰值频率在破坏前总是低频成分显著增加,且越接近破坏,大振幅AE事件就越多。在2种不同循环加卸载方式下,当应力水平达到峰值强度的50%～60%时,Kaiser效应逐渐消失,Felicity效应出现。Felicity比和加卸载响应比在低应力水平阶段均大于1,进入中等应力水平阶段后在1附近波动,但相对比较稳定;进入较高应力水平以后,岩石内部裂纹不稳定扩展,Felicity比逐渐减小,到0.64～0.89时,试样破坏。试验表明,相对平静期、Felicity比和加卸载响应比等可作为预测或判断岩石失稳破坏的参考依据。