›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (S2): 223-228.doi: 10.16285/j.rsm.2017.S2.031

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

砂岩临界状态的声发射能量与等候时间差统计分布规律

姜德义1,谢凯楠1,王静怡3,陈 结1,郭 威4,明 镜5,肖 鹏2,蒋 翔1,2   

  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.西南大学 地理科学学院,重庆 400715;4. 重庆市岩土工程技术研究中心,重庆401121 5. 重庆市勘测院,重庆 400020
  • 收稿日期:2016-11-19 出版日期:2017-11-23 发布日期:2018-06-05
  • 通讯作者: 谢凯楠,男,1990年生,博士研究生,主要从事岩土工程及岩石物理学方面研究。E-mail: xiekainan_ cqu @ 163. com E-mail:deyij@ cqu. edu. cn
  • 作者简介:姜德义,男,1962年生,博士,教授,博士生导师,从事矿山岩石力学岩土工程及盐穴能源储备研究。
  • 基金资助:

    国家科技重大专项项目(No. 2016ZX05045001-005);重庆市科委基础与前沿研究计划项目(No. cstc2014jcyjA90026);重庆市社会民生科技创新专项项目(No. cstc2016shmszx30021)。

Statistical distribution law of acoustic emission energy and waiting-time of sandstone in critical state

JIANG De-yi1, XIE Kai-nan1, WANG Jing-yi2, CHEN Jie1, GUO Wei4, MING Jing5, XIAO Peng2, JIANG Xiang1,2   

  1. 1. State Key Laboratory for the Coal Mine Disaster Dynamics and Controls, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. College of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 3. School of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China; 4. Chongqing Engineering Research Center of Geotechnical Engineering, Chongqing 401121, China; 5. Chongqing Survey Institute, Chongqing 400020, China
  • Received:2016-11-19 Online:2017-11-23 Published:2018-06-05
  • Supported by:

    This work was supported the National Science and Technology Major Projects (2016ZX05045001-005);the Fundamental and Frontier Research Project of Chongqing Science & Technology Commission(cstc2014jcyjA90026), and Innovation Special Project of Chongqing Social People's Science and Technology(cstc2016shmszx30021).

摘要: 应力作用下的脆性岩石破裂过程的能量释放具有临界特征,为了解岩石加载过程临界点前后声发射(AE)能量及时间的统计分布规律,在实验室对砂岩进行了单轴压缩试验,得到了临界点前后加载阶段的声发射信号特征,并分析了各加载状态下的函数分布特征,结果表明,(1) 由声发射定位发现了岩石试样从均匀的随机扩张到向条带集中直至最后贯通的过程,贯通前的裂纹扩展导致累计能量(2.8×108 aJ)和累计声发射数(6.68×105)发生突变,标志着达到临界态;(2) 临界点前后加载阶段的声发射能量概率密度函数(PDF)在4个数量级内满足幂律分布(见式(1)),通过最大似然估计法统计发现临界点前后两个阶段幂值分布存在一定差异;(3) 任何能量区间范围内,等候时间差 符合双幂定律。在小的时间差范围( 0.1 s)内不同的能量区间会出现不同的幂律特征;(4) 结合能量统计分布规律与等候时间差 分布规律,临界态的声发射信号与全过程的声发射信号分布规律较为一致,全过程分布规律的能量信号主要集中在临界点后的加载过程。

关键词: 砂岩, 声发射(AE), 单轴压缩, 临界点, 能量, 等候时间差

Abstract: The energy release of brittle rock has critical characteristics under stress, In order to understand the statistical distribution law of acoustic emission(AE) avalanche energies and waiting-times in rock loading process before and after critical point, uniaxial compression tests were carried out in the laboratory. The AE characteristics of the loading stage before and after the critical point are obtained; and then the distributions of the functions in the loading states are analyzed, The results show that: (1) It is found that the process of rock samples from the uniform random expansion to the strip concentration until the final penetration through the evolution of AE centers, the cumulative energy(2.8×108 aJ) and the cumulative counts(6.68×105) of AE had mutations before crack coalescence, marking reach the critical point. (2) The probability density function(PDF) of AE energies conforms to be the power-law distribution in 4 magnitudes of the loading stage before and after the critical point. (3) The waiting-time follows the two-power law within any energy interval; each energy region follows the same power-law distribution in a small waiting-time interval( <0.1 s); different energy region will have different power-law characteristics in a large waiting-time interval( > 0.1 s); (4) Combining statistical distributions law of energy with waiting-time, the distribution law of AE signals in the critical state is consistent with the whole process; and the energy signals of the whole process distribution mainly concentrates on the loading process after the critical point.

Key words: sandstone, acoustic emission, uniaxial compression(AE), critical point, energy, waiting-time

中图分类号: 

  • TU 452

[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] 张科, 李娜, 陈宇龙, 刘文连, . 裂隙砂岩变形破裂过程中应变场及红外辐射 温度场演化特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 95-105.
[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] 李任融, 孔纲强, 杨庆, 孙广超. 流速对桩−筏基础中能量桩换热效率 与热力耦合特性影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 264-270.
[5] 高玮, 胡承杰, 贺天阳, 陈新, 周聪, 崔爽, . 基于统计强度理论的破裂岩体本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2179-2188.
[6] 赵怡晴, 吴常贵, 金爱兵, 孙浩, . 热处理砂岩微观结构及力学性质试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2233-2240.
[7] 黄巍, 肖维民, 田梦婷, 张林浩, . 不规则柱状节理岩体力学特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2349-2359.
[8] 蒋长宝, 魏 财, 段敏克, 陈昱霏, 余塘, 李政科, . 饱水和天然状态下页岩滞后效应及阻尼特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1799-1808.
[9] 陈光波, 秦忠诚, 张国华, 李谭, 李敬凯, . 受载煤岩组合体破坏前能量分布规律[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2021-2033.
[10] 胡盛斌, 杜国平, 徐国元, 周天忠, 钟有信, 石重庆, . 基于能量测量的声呐渗流矢量法及其应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2143-2154.
[11] 韩超, 庞德朋, 李德建. 砂岩分级加卸载蠕变试验过程能量演化分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1179-1188.
[12] 刘功勋, 李威, 洪国军, 张坤勇, CHEN Xiu-han, 施绍刚, RUTTEN Tom. 大比尺切削模型试验条件下砂岩破坏特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1211-1218.
[13] 王青元, 刘杰, 王培涛, 刘飞, . 冲击扰动诱发蠕变岩石加速失稳破坏试验[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 781-788.
[14] 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.
[15] 张宗堂, 高文华, 张志敏, 唐骁宇, 邬俊, . 基于Weibull分布的红砂岩颗粒崩解破碎演化规律[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 877-885.
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