岩石三軸卸圍壓破裂失穩的聲發射前兆基礎實驗研究

《岩石三軸卸圍壓破裂失穩的聲發射前兆基礎實驗研究》是依託山東科技大學，由楊永傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：岩石三軸卸圍壓破裂失穩的聲發射前兆基礎實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊永傑
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

摘要：冒頂、衝擊地壓、煤與瓦斯突出等災害事故均與礦山採掘過程中應力場擾動所誘發的岩體破裂失穩密切相關。由於礦山井下絕大多數岩石處於三軸壓縮狀態，開展岩石三軸壓縮及三軸卸圍壓破裂失穩的聲發射前兆及預測研究，對於採用聲發射監測技術預測岩體破裂失穩從而預防相關災害事故的發生具有重要理論及實際意義。本項目在研究合理三軸壓縮聲發射實驗方法的基礎上，採用MTS815岩石伺服試驗系統進行礦山典型沉積岩石三軸壓縮及三軸卸圍壓聲發射試驗，揭示岩石損傷破壞演化過程與聲發射表征參數間的內在關係，分析岩石三軸壓縮及三軸卸圍壓破裂失穩的聲發射前兆。採用非線性動力學及離散小波變換方法分析岩石損傷破壞聲發射參數的時間（應變）序列突變特徵，研究採用聲發射參數定量預測岩石三軸壓縮及三軸卸圍壓破裂失穩的方法，為採用聲發射監測技術合理預測岩體破裂失穩提供基礎。

結題摘要

開展三軸卸圍壓條件下岩石破裂失穩機理、聲發射前兆特徵及預測研究，對於採用聲發射監測技術預測岩體破裂失穩、防止災害事故發生具有重要理論及實際意義。論文在研究合理三軸壓縮聲發射實驗方法的基礎上，採用MTS815岩石伺服試驗系統對煤礦沉積岩石進行三軸壓縮及三軸卸圍壓聲發射試驗，探討岩石卸圍壓損傷破壞的力學機理、能量演化規律及分形特徵，揭示岩石損傷破壞演化過程與聲發射表征參量之間的內在關係，探討岩石三軸卸圍壓破壞的聲發射前兆，研究採用聲發射前兆特徵預測岩石三軸卸圍壓破壞的方法。 針對聲發射檢波器放置在三軸室外壁無法接收到全面可靠聲發射信號的弊端，研製了高圍壓三軸聲發射實驗壓頭，並對MTS815岩石伺服試驗系統的通訊傳輸接口進行改裝，實現了聲發射信號由三軸室內部向外部的正常傳輸，確定了合理的三軸壓縮聲發射實驗方法。 根據煤、砂岩、灰岩的常規三軸壓縮及三軸卸圍壓試驗結果，分析了岩石在不同卸荷初始圍壓、不同卸圍壓速率下的變形破壞特徵、強度特徵、破碎岩樣表面裂紋及破碎塊度的分形特徵，探討了常規三軸壓縮及三軸卸圍壓等不同應力路徑對岩樣力學參數的影響。 通過分析不同卸荷初始圍壓、不同卸圍壓速率下岩石卸圍壓破壞過程的能量演化規律，以能反映岩石破壞本質的耗散能為狀態變數分析岩石三軸卸圍壓損傷演化特徵及突變特徵，並與常規三軸壓縮時岩樣的損傷特徵進行了對比分析。 根據岩石在不同卸荷初始圍壓、不同卸圍壓速率等不同影響因素下的三軸卸圍壓破壞聲發射特徵，揭示了煤、砂岩、灰岩三軸卸圍壓損傷破壞演化過程與聲發射各表征參數之間的內在關係，以聲發射參數為損傷變數分析了岩石的損傷破壞特徵。 基於聲發射時間序列的分形與混沌特徵，得到了能夠反映岩石卸荷失穩破裂的前兆判據，如頻譜特徵、關聯維數、HURST指數、混沌分叉特徵等，提出了基於EMA的岩石破裂失穩多源聯合分級預測方法。