›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (S2): 1-8.doi: 10.16285/j.rsm.2017.S2.001

• 基础理论与实验研究 •    下一篇

砂岩单轴压缩声发射和纤维束模型模拟

姜德义1，岳好学1，张 璇1，谢凯楠1，蒋 翔1,2,3   

  1. 1. 重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400044；2. 重庆大学 土木工程学院，重庆 400044； 3. 剑桥大学 地球科学系，英国 英格兰 CB2 3EQ
  • 收稿日期:2016-07-22 出版日期:2017-11-23 发布日期:2018-06-05
  • 通讯作者: 蒋翔，男，1989年生，博士，博士后，主要从事岩土材料多尺度效应与离散动力性质的研究。E-mail: cqujiangxiang@163.com
  • 作者简介:姜德义，男，1962年生，博士，教授，博士生导师，主要从事岩石力学与工程、煤矿动力灾害防治领域研究。
  • 基金资助:

    国家科技重大专项(No. 2016ZX05045001-005)；重庆市科委基础与前沿研究计划项目(No. cstc2014jcyjA90026)。

Acoustic emission of sandstone under uniaxial compression and simulation of fiber bundle model

JIANG De-yi1, YUE Hao-xue1, ZHANG Xuan1, XIE Kai-nan1, JIANG Xiang1,2,3   

  1. 1. State Key Laboratory for Coal Mine Disaster Dynamics and Controls, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. College of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 3. Department of Earth Sciences, University of Cambridge, England CB2 3EQ, United Kingdom
  • Received:2016-07-22 Online:2017-11-23 Published:2018-06-05
  • Supported by:

    This work was supported by the National Science and Technology Major Projects(2016ZX05045001-005) and Fundamental and Frontier Research Project of Chongqing Science and Technology Commission(cstc2014jcyjA90026).

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摘要： 利用纤维束模型(FBM)模拟非均质材料破坏动力学行为，在实验室内进行了砂岩力控制单轴压缩声发射(AE)试验。将纤维束模型纤维断裂与砂岩声发射类比分析发现，低应力阶段纤维束模型对偶发的雪崩过程敏感性低，但在高应力阶段纤维束模型能够很好地表征应力控制单轴压缩砂岩声发射特征；雪崩尺寸的模拟和试验结果都呈现双幂形式，具有相似的双幂指数和转换点；模拟和试验结果都以纤维束模型为基础和声发射反映固体内部损伤为前提，固体的破裂失稳满足二阶相变特征，且分叉率ξ是符合描述二阶相变的连续序参量；在临界点附近针对分支率演化（固体破裂相变）过程概率理论、纤维束模拟与声发射试验结果一致，可见纤维束模型能较好地模拟岩石声发射行为进而反映岩石损伤断裂过程。

关键词: 纤维束模型, 声发射, 断裂, 雪崩动力学, 二阶相变

Abstract: The fiber bundle model(FBM) and acoustic emission(AE) tests of sandstone under uniaxial force controlled compression are carried out to study the fracture characteristics of heterogeneous materials. The failure of fiber elements in fiber bundle model is analogous to the acoustic emission signal. The results show that: At low stress stage, FBM ignored the occasional avalanche processes, but FBM characterized acoustic emission characteristics well in high stress stage. The distribution of avalanche sizes and AE events both had double power-law behavior, and the probability distribution function(PDF) of simulations and tests share the similar power exponents and inflection points. Simulation and experimental results show a behavior analogous to the second-order phase transitions, and branching ratio ξ could be as a suitable order parameter to describe this transition. Moreover, near to the critical point, the evolution of branching ratio came from FBM and AE tests are consistent.

Key words: fiber bundle model(FBM), acoustic emission(AE), fracture, avalanche dynamics, second-order phase transition

中图分类号: 

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[1] 王创业, 常新科, 刘沂琳, 郭文彬, . 单轴压缩条件下大理岩破裂过程声发射频谱 演化特征实验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 51-62.
[2] 徐刚, 张春会, 于永江, . 综放工作面覆岩破断和压架的试验研究及预测模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 106-114.
[3] 张艳博, 吴文瑞, 姚旭龙, 梁鹏, 田宝柱, 黄艳利, 梁精龙, . 单轴压缩下花岗岩声发射、红外特征及 损伤演化试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 139-146.
[4] 张晓君, 李晓程, 刘国磊, 李宝玉, . 卸压孔劈裂局部解危效应试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 171-178.
[5] 甘一雄, 吴顺川, 任义, 张光, . 基于声发射上升时间/振幅与平均频率值的花岗岩劈裂破坏评价指标研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2324-2332.
[6] 侯公羽, 荆浩勇, 梁金平, 谭金鑫, 张永康, 杨希, 谢鑫, . 不同荷载下矩形巷道围岩变形及声发射 特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1818-1828.
[7] 王海军, 郁舒阳, 汤子璇, 汤雷, 任然, 徐进. 基于3D-ILC含60°内裂纹脆性球体 I-II-III型断裂研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1573-1582.
[8] 李斌, 黄 达, 马文著, . 层理面特性对砂岩断裂力学行为的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 858-868.
[9] 刘国钊, 乔亚飞, 何满潮, 樊勇, . 活动性断裂带错动下隧道纵向响应的解析解[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 923-932.
[10] 马秋峰, 秦跃平, 周天白, 杨小彬. 岩石剪切断裂面接触算法的开发与应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1074-1085.
[11] 张志韬, 王海军, 汤雷, 赵初, 李汉章, 苏正洋, . 基于3D-ILC含偏心内裂纹半圆弯拉断裂特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 111-122.
[12] 张艳博, 孙林, 姚旭龙, 梁鹏, 田宝柱, 刘祥鑫, . 花岗岩破裂过程声发射关键信号时 频特征试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 157-165.
[13] 郑坤, 孟庆山, 汪稔, 余克服, . 珊瑚骨架灰岩三轴压缩声发射特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 205-213.
[14] 张国凯, 李海波, 王明洋, 李晓锋, . 基于声学测试和摄像技术的单裂隙岩石 裂纹扩展特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 63-72.
[15] 楼烨, 张广清. 压裂液黏度对循环水力压裂影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 109-118.
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