岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (3): 749-760.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0879

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于声发射多重分形特征的层状板岩失稳前兆研究

孙博1，任富强2, 3，刘冬桥3   

  1. 1. 辽宁科技大学 矿业工程学院，辽宁 鞍山 114000；2. 辽宁科技大学 土木工程学院，辽宁 鞍山 114000； 3. 中国矿业大学（北京） 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100083
  • 收稿日期:2021-06-11 修回日期:2021-12-15 出版日期:2022-03-22 发布日期:2022-03-22
  • 通讯作者: 任富强，男，1992年生，博士，讲师，主要从事岩石力学与岩爆灾害控制方面的研究工作。E-mail: renfuqiangcumtb@163.com E-mail:1542281232@qq.com
  • 作者简介:孙博，男，1995年生，硕士研究生，主要从事岩石力学方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目（No.52074299）；深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金（No.SKLGDUEK2128）；辽宁科技大学优秀青年科技人才项目（No.2021YQ02）

Research on the failure precursors of layered slate based on multifractal characteristics of acoustic emission

SUN Bo1, REN Fu-qiang2, 3, LIU Dong-qiao3   

  1. 1. School of Mining Engineering, University of Science and Technology Liaoning, Anshan, Liaoning 114000, China; 2. School of Civil Engineering, University of Science and Technology Liaoning, Anshan, Liaoning 114000, China; 3. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China
  • Received:2021-06-11 Revised:2021-12-15 Online:2022-03-22 Published:2022-03-22
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(52074299), the State Key Laboratory for GeoMechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing (SKLGDUEK2128) and the Excellent Young Scientific and Technological Talents Project of University of Science and Technology, Liaoning(2021YQ02).

PDF (Chinese)

318

PDF (English)

12

摘要： 为探究层状板岩失稳前兆，开展了5组不同层理倾角（0o、30o、45o、60o、90o）板岩的单轴压缩试验，分析了其破坏形态、声发射参数及多重分形特征，讨论了多重分形谱宽Δ? 与损伤演化的关系，得到了基于多重分形的破坏前兆及预警时间。结果表明：当层理倾角由0o增加到90o时，板岩先由张拉劈裂破坏向劈裂剪切破坏转变，接着变为剪切滑移破坏，最终转变为张拉劈裂破坏；振铃计数突增以及低频?高幅信号比例的持续增加可作为板岩失稳前兆，且层状板岩在裂纹贯通阶段低频?高幅信号占比随层理倾角的增大呈先减后增的变化过程；多重分形谱宽?? 先突减再突增也可作为不同层状板岩的失稳前兆，且Δ? 的突增时间提前于损伤突变，Δ? 预警时间随层理倾角的增大呈先增后减再增的变化过程，层理倾角为30o时预警时间最长。

关键词: 板岩, 层理倾角, 声发射, 多重分形, 失稳前兆

Abstract: In order to explore the failure precursors of layered slate, uniaxial compression tests of five groups of slate with different bedding angles (? = 0o, 30o, 45o, 60o, 90o) were carried out. The failure modes, acoustic emission (AE) parameters and multifractal characteristics were analyzed, and the relationship between multifractal spectrum width (Δ?) and damage evolution was discussed. In addition, the precursor and warning time of final failure based on multifractal were determined. The results show that when the ? increases from 0o to 90o, the failure modes of slate change from tension-splitting failure to splitting-shear, then to shear slip, and finally to tension-splitting. Moreover, the abrupt increase of AE counts and the continuous increase of low-frequency (LF) and high-amplitude (HA) signals can be identified as precursors. And the proportion of LF-HA signals in the crack coalescence stage decreases first and then increases with the increase of ?. The sudden decrease and the following increase of Δ? can also be the precursor. Furthermore, the sudden increase time of Δ? is ahead of the damage mutation. Specifically, with the ? increasing, the early warning time of Δ? increases first, then decreases and then rebounds. The slate with ? = 30o has the longest early warning time.

Key words: slate, bedding angle, acoustic emission, multifractal, failure precursor

中图分类号: 

  • TU 458
[1] 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.
[2] 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.
[3] 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.
[4] 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.
[5] 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.
[6] 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.
[7] 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.
[8] 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.
[9] 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.
[10] 李二强, 张洪昌, 张龙飞, 朱天宇, 路景淦, 冯吉利, . 不同层理倾角炭质板岩巴西劈裂 试验及数值研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2869-2879.
[11] 黄智刚, 左清军, 吴立, 陈福榜, 胡圣松, 朱盛, . 水岩作用下泥质板岩软化非线性机制研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2931-2942.
[12] 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.
[13] 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.
[14] 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.
[15] 舒芹, 王学滨, 赵扬锋, 白雪元, . 应力球量不变应力跌落方式下非均质岩样 破坏过程数值模拟[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3465-3472.
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 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发