加卸载条件下大理岩力学特性及破坏先兆特征研究

论文摘要

本文以深部开采开挖加卸载为背景,对深部巷道围岩体在卸荷条件下的力学特性和失稳先兆进行了研究。以大理岩作为研究对象,设置了单轴压缩试验、单轴循环加卸载试验、常规三轴压缩试验以及恒轴向位移卸围压试验,研究了四种应力路径下大理岩的力学参数变化特征、声发射特征、声发射b值特征、声发射RA值、加卸载响应比、声发射信号聚类特征等等,得到的主要研究成果如下:(1)进行大理岩单轴循环加卸载试验:岩石在施加循环荷载后其应力应变曲线出现滞回环,且滞回环的面积随着轴向荷载的增大而越来越大;变形模量先降低、后增加、再降低;泊松比在前期循环荷载下较为稳定,在失稳前两个循环均出现陡增;声发射主要集中于各循环的峰值应力附近,且大部分声发射由加载阶段所产生;循环荷载对岩石有较为明显的强度强化作用。(2)进行常规三轴以及恒轴向位移卸围压数值模拟:常规三轴试验中,在加载前中期,由剪切破坏为主产生微损伤,在加载后期由拉伸破坏为主产生大裂纹。恒轴向位移卸围压试验中,高围压能够限制岩石的破坏,且围压越高限制程度越高;高卸荷速率下,岩石处于快速且连续破坏状态直至完全破坏,低卸荷速率下,岩石破坏后的残余强度能够一定程度时限制岩石进一步破坏;声发射在岩石破坏前急剧增大。(3)对各应力条件下的大理岩破坏声发射前兆进行了研究:单轴循环加卸载试验中,可以将声发射振铃计数、能量的突变以及加卸载响应比的大幅上升、b值的大幅跌路作为岩石的破坏先兆特征信息;常规三轴以及恒轴向位移卸围压试验中,可以将“声发射密集活跃期”作为破坏先兆特征信息。(4)对声发射信号中的振铃计数、能量、振幅以及持续时间为特征参量进行聚类分析,将声发射信号划分为三种类型信号,其中,单轴压缩以及单轴循环加卸载条件下可将具有破坏前兆异常的低振铃计数、高能量释放特征的信号作为岩石破坏特征信号,而常规三轴压缩、恒轴向位移卸围压条件下可将具有破坏前兆异常的高振铃计数、高能量释放特征的信号作为岩石破坏特征信号。本文对不同应力路径下大理岩的力学特性进行研究,并从多个角度研究了大理岩的破坏先兆信息,可为深部巷道围岩体的失稳预报提供试验依据。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 加、卸载条件下岩石变形破坏研究现状

1.2.2 岩石变形破坏数值模拟研究现状

1.2.3 岩石破坏前兆信息研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第二章试验设备及方案设计

2.1 试样制备

2.2 荷载加载系统

2.2.1 加载系统

2.2.2 数据采集系统

2.3 试验准备

2.4 试验方案

2.4.1 单轴压缩试验

2.4.2 单轴循环加卸载试验

2.4.3 常规三轴压缩试验

2.4.4 恒轴向位移卸围压试验

2.5 单轴试验操作步骤

2.6 单轴试验

2.6.1 单轴压缩试验

2.6.1.1 应力应变变化特征

2.6.1.2 变形模量、泊松比变化特征

2.6.1.3 声发射变化特征

2.6.2 单轴循环加卸载试验

2.6.2.1 应力应变变化特征

2.6.2.2 变形模量、泊松比变化特征

2.6.2.3 声发射变化特征

2.6.2.4 强度变化特征

2.7 本章小结

第三章常规三轴压缩及恒轴向位移卸围压RFPA模拟

3.1 RFPA2D简介

3.2 RFPA2D程序基本工作流程

3.2.1 网格划分

3.2.2 基元赋值

3.2.3 应力计算

3.2.4 相变分析

3.3 数值模型的建立及参数设置

3.4 常规三轴压缩模拟试验

3.4.1 强度变化特征

3.4.2 声发射变化特征

3.5 恒轴向位移卸围压模拟试验

3.5.1 不同初始围压下岩石力学变化特征

3.5.2 不同卸荷速率下岩石力学变化特征

3.6 本章小结

第四章加卸载条件下大理岩破坏声发射先兆研究

4.1 声发射破坏分析

4.1.1 单轴压缩条件下大理岩破坏声发射分析

4.1.1.1 声发射事件率及能量分析

4.1.1.2 声发射RA值分析

4.1.2 单轴循环加卸载条件下大理岩破坏声发射分析

4.1.2.1 声发射事件率及能量特征分析

4.1.2.2 加卸载响应比研究

4.1.3 常规三轴条件下大理岩破坏声发射分析

4.1.4 恒轴向位移卸围压条件下大理岩破坏声发射分析

4.2 声发射b值研究

4.2.1 声发射b值概念及其意义

4.2.2 声发射b值计算

4.2.3 单轴压缩试验下大理岩声发射b值变化特征

4.2.4 单轴循环加卸载试验下大理岩声发射b值变化特征

4.2.5 常规三轴压缩试验下大理岩声发射b值变化特征

4.2.6 恒轴向位移卸围压试验下大理岩声发射b值变化特征

4.2.7 不同荷载下大理岩声发射b值总体分析

4.3 本章小结

第五章声发射信号聚类分析及岩石失稳多参数归一化分析

5.1 声发射信号的聚类分析

5.1.1 聚类分析的相关算法

5.1.2 声发射信号特征参数聚类计算

5.1.3 声发射信号聚类分析结果及特征信号分析

5.1.3.1 单轴压缩条件下声发射信号聚类分析结果及信号分析

5.1.3.2 单轴循环加卸载条件下声发射信号聚类分析结果及信号分析

5.1.3.3 常规三轴压缩条件下声发射信号聚类分析结果及信号分析

5.1.3.4 恒轴向位移卸围压条件下声发射信号聚类分析结果及信号分析

5.2 多参数归一化分析

5.2.1 Min-max归一化算法

5.2.2 归一化结果分析

5.3 本章小结

第六章结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 :攻读硕士学位期间发表论文、参与科研项目及获奖情况

一.公开发表的学术论文

二.参加的科研项目

三.获奖情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 藕明江

导师: 周宗红

关键词: 加卸载,先兆信息,声发射,聚类分析,归一化

来源: 昆明理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 昆明理工大学

基金: 国家自然科学基金项目:开挖加卸荷诱发深部巷道岩爆机理研究(51264018)

分类号: TU45

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.001489

总页数: 114

文件大小: 12739K

下载量: 66

加卸载条件下大理岩力学特性及破坏先兆特征研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢