岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 164-172.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0631

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

砂岩破坏声发射临界慢化前兆特征试验研究

朱星1, 2, 3,刘汉香1, 3,胡桔维1, 3,范杰1, 3   

  1. 1. 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059;2. 成都理工大学 计算机与网络安全学院,四川 成都 610059;3. 成都理工大学 环境与土木工程学院,四川 成都 610059
  • 收稿日期:2021-04-24 修回日期:2022-02-28 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-13
  • 作者简介:朱星,男,1984年生,博士,副教授,主要从事滑坡、崩塌等地质灾害智能监测技术与预警方法研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(No.41877254);国家重点研发计划(No.2019YFC1509602);四川省科技计划项目(No.2019YJ0534)。

Experimental study on precursory characteristics of acoustic emission of sandstone failure based on critical slowing down

ZHU Xing1, 2, 3, LIU Han-xiang1, 3, HU Jie-wei1, 3, FAN Jie1, 3   

  1. 1. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China; 2. College of Information Science and Technology, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China; 3. College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China
  • Received:2021-04-24 Revised:2022-02-28 Online:2022-06-30 Published:2022-07-13
  • Supported by:
    This word was supported by the General Program of National Natural Science Foundation of China(41877254), the National Key R&D Program of China(2019YFC1509602) and the Science and Technology Program of Sichuan(2019YJ0534).

摘要:

通过对砂岩岩石试样开展单轴加载压缩下的声发射试验,测试岩石试样在单轴多级加载条件下受力变形全过程的声发射参数,建立时间−荷载−声发射参数关系曲线,分析岩石变形破坏全过程的声发射特征及变化情况,对岩石变形破坏过程声发射特征的自相关系数和方差变异性进行深入分析,揭示岩石变形破坏的临界慢化现象,探索岩石临界破坏的声发射前兆表征。研究结果表明:(1)岩石在逐级加载过程中产生明显的声发射现象,声发射振铃计数随着加载级数增加越来越高,在岩石试样破坏时刻达到最高;(2)利用声发射RA(上升时间/峰值幅度)与AF(平均频率)特征分析,岩石试样在整个过程中以张拉破裂为主,加载后期剪切破裂逐步增多;(3)通过声发射振铃计数率、上升时间、峰值频率、RA主要特征时间序列的方差和自相关分析,发现其分析结果均在岩石破坏前存在突变性,即表明出明显的临界慢化现象,可作为岩石破坏灾变的前兆特征;(4)峰值频率和RA的方差变异可作为岩石损伤破坏的关键前兆指标。鉴于此,将临界慢化现象分析用于脆性岩石破坏过程的研究,对深入认识岩石临界破坏状态和灾变前兆具有非常重要的科学价值和实用意义。

关键词: 岩石破坏, 声发射, 临界慢化现象, 前兆特征

Abstract:

The acoustic emission (AE) test of sandstone rock sample under uniaxial multi-step loading compression were carried out, and the AE signals were observed. The relationship curves of time-stress-AE parameters were established, and the characteristics and evolution laws of AE during the entire loading were analyzed accordingly. With the aim to reveal the critical slowing down phenomenon of rock deformation and failure, the autocorrelation coefficient and variance of AE parameters versus time were analyzed in-depth. The results demonstrate that: (1) the rock produces obvious acoustic emission during the multi-step loading process, and the acoustic emission ringing count becomes higher and higher as the loading level increases, and reaches the highest at the moment of failure of the rock sample; (2) the characteristics of acoustic emission RA(rise time/peak amplitude)-AF(average frequency) indicate that the tensile cracking prevails in the whole loading process, and the shear cracking gradually increases in the later stage of loading; (3) the variance and autocorrelation coefficient of parameters such as AE ringing count, rise time, peak frequency, and RA suddenly increase before the catastrophic failure of rock sample, which indicates that the obvious critical slowing phenomenon appears before rock failure; (4) the variance of peak frequency and RA can be used as key precursor indicators of rock damage and failure. In view of this, applying the analysis of the critical slowing phenomenon to brittle failure process of rock has very important scientific value and practical significance for in-depth understanding of the damage state and the precursors of catastrophic failure of rocks.

Key words: rock failure, acoustic emission, critical slowing down, precursory characteristics

中图分类号: 

  • TU457
[1] 胡训健, 卞康, 刘建, 谢正勇, 陈明, 李冰洋, 岑越, . 离散裂隙网络对岩石力学性质和声发射特性 影响的颗粒流分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 542-552.
[2] 刘成禹, 郑道哲, 张向向, 陈成海, 曹洋兵, . 冻融温变速率对岩石受载特性的影响规律[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2071-2082.
[3] 王刚, 宋磊博, 刘夕奇, 包春燕, 吝曼卿, 刘广建, . 非贯通节理花岗岩剪切断裂力学特性及 声发射特征研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1533-1545.
[4] 侯奎奎, 吴钦正, 张凤鹏, 彭超, 刘焕新, 刘兴全, . 不同地应力测试方法在三山岛金矿2 005 m 竖井建井区域的应用及其地应力分布规律研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1093-1104.
[5] 孙博, 任富强, 刘冬桥, . 基于声发射多重分形特征的层状板岩失稳前兆研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 749-760.
[6] 赵奎, 冉珊瑚, 曾鹏, 杨道学, 腾天野, . 含水率对红砂岩特征应力及声发射特性的影响[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 899-908.
[7] 周超彪, 刘东, 姜清辉, . 拉剪作用下类岩石试样的力学 特性与损伤破坏机制[J]. 岩土力学, 2021, 42(12): 3335-3344.
[8] 李浩然, 王子恒, 孟世荣, 赵维刚, 陈锋, . 高温三轴应力下大理岩损伤演化与声发射 活动特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2672-2682.
[9] 龚囱, 赵坤, 包涵, 赵奎, 曾鹏, 王文杰, . 红砂岩蠕变破坏声发射震源演化及其分形特征[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2683-2695.
[10] 王本鑫, 金爱兵, 王树亮, 孙浩, . 3D打印交叉节理试件力学破裂特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 39-49.
[11] 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.
[12] 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.
[13] 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.
[14] 徐晓冬, 孙光华, 姚旭龙, 梁学健, 邵陆航, . 基于能量耗散与释放的充填体失稳 尖点突变预警模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 3003-3012.
[15] 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.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .