岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (S1): 51-62.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0870

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

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

王创业1，常新科1, 2，刘沂琳1，郭文彬2   

  1. 1. 内蒙古科技大学 矿业研究院，内蒙古 包头 014010；2. 呼伦贝尔学院 内蒙古自治区矿山压力重点实验室，内蒙古 呼伦贝尔 021008
  • 收稿日期:2019-05-14 修回日期:2019-12-16 出版日期:2020-06-19 发布日期:2020-06-04
  • 通讯作者: 常新科，男，1994年生，硕士研究生，主要从事矿山岩石力学试验与岩石类材料声发射技术方面研究。E-mail: changxinke@foxmail.com E-mail:btwangcy@126.com
  • 作者简介:王创业，男，1976年生，博士，教授，主要从事采矿及岩石力学方面的教学与研究工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（No.51464036）；内蒙古自治区自然科学基金项目（No.2018MS05037）；内蒙古自治区科学技术厅项目（No.20180823）。

Spectrum evolution characteristics of acoustic emission during the rupture process of marble under uniaxial compression condition

WANG Chuang-ye1, CHANG Xin-ke1, 2, LIU Yi-Lin1, GUO Wen-bin2   

  1. 1. Institute of Mining Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou, Inner Mongolia 014010, China; 2. Inner Mongolia Key Laboratory of Mining Pressure and Strata Control, Hulunbuir University, Hulunbuir, Inner Mongolia 021008, China
  • Received:2019-05-14 Revised:2019-12-16 Online:2020-06-19 Published:2020-06-04
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51464036), Natural Science Foundation of Inner Mongolia(2018MS05037), and Project of Inner Mongolia Science and Technology Department(20180823).

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摘要： 开展大理岩单轴压缩声发射实验，采用快速傅里叶变换获得声发射信号二维频谱图，提取其主频及次主频，进一步选用表征声发射信号频谱的主频与次主频的比值 和主频幅值与次主频幅值的比值 ，结合分形理论研究大理岩破坏过程声发射频谱演化特征。研究结果表明，（1）大理岩破裂过程声发射次主频特征绝非全部波形的共有现象，仅为部分信号所特有，可以将声发射信号分为仅存在主频、不存在次主频的A类信号与主频、次主频同时存在的B类信号；（2）在岩石损伤的裂隙扩展至破坏阶段，A、B两类信号事件率中的较低值减少消失，累积事件数增长速率明显增大；（3）声发射信号主频带与次主频带分布规律相似，表现为连贯密集的条带状演化特征；（4） 、 均具有分形特征，其关联维数随着岩石损伤的增加表现出不同特征的降维现象。

关键词: 大理岩, 声发射(AE), 频谱特征, 主频, 次主频, 分形

Abstract: The acoustic emission experiments on marble under the uniaxial compression are carried out. The fast Fourier transform is applied to obtain the two-dimensional spectrum of the acoustic emission signal, and the spectrum parameters such as dominant-frequency, secondary dominant-frequency are extracted. Then,??-value, i.e., the ratio of the dominant-frequency to secondary dominant-frequency, and ?-value, i.e., the ratio of the dominant-frequency amplitude to secondary dominant-frequency amplitude, are adopted to characterize the spectrum characteristics of acoustic emission signal. The fractal theory is also used to study the characteristics of acoustic emission spectrum during the rupture process of marble. The results show that (1) the secondary dominant-frequency characteristics of acoustic emission in marble fracture process are not the common phenomenon of all waveforms, but are unique to some signals. The acoustic emission signals can be classified into two types: class A signals have only dominant-frequency characteristics, class B signals have both dominant-frequency and secondary dominant-frequency characteristics. (2) From the rock crack growth to failure stage, the low value event rates of two types of signals (i.e., class A and class B) decrease and gradually disappear the increase rate of the cumulative number of events presents a significant increase. (3) Both the dominant-frequency band and the secondary dominant-frequency band of the acoustic emission signal have the similar distribution characteristics, showing a continuous and dense strip-like evolution feature. (4) Both the ??and ? have fractal characteristics. With the increase of rock damage, their correlation dimension declines to some extent.

Key words: marble, acoustic emission (AE), spectrum characteristics, dominant-frequency, secondary dominant-frequency, fractal

中图分类号: 

  • TU452
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