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《单轴加卸荷过程中岩石声学特性及其与损伤因子关系_韩放》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.05.002第29卷第5期北京科技大学学报Vol.29No.52007年5月JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingMay2007单轴加卸荷过程中岩石声学特性及其与损伤因子关系1)1)2)韩放纪洪广张伟1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京1000832)总参工程兵第四设计研究院,北京100850摘要设计了岩石试块的单轴加卸荷实验.利用声发射观测动态检测损伤的扩展,通过超声波检测来定量评价岩石试块的损伤程度.结果表明:岩石在加载
2、和卸载两种过程中都有新的损伤产生;其损伤扩展和演化过程可以通过声发射监测来动态观测,损伤演化的水平则可通过超声波的信号特征进行定量评价.关键词露天矿;岩石;加荷;卸荷;损伤;超声波;声发射分类号TD315岩体的开挖过程的力学本质是一个变荷过程.1岩石声学实验研究对于边坡工程,岩体开挖后,其力学状态主要表现为1.1实验原理卸荷;对于地下工程,洞室开挖卸荷后,产生二次应力场,其切向主要表现为加荷,而径向则表现为卸超声波的传播速度与岩石内部裂隙程度有直接荷.近年来,在有关岩石卸荷特性的实验研究方面关系.岩石的受荷变形直至破坏的过程,是由于岩取得了一系列的成果[1-5].文献[6
3、]指出岩石材料石本身的裂隙的闭合、张开和扩展造成的.文献[5]对应力历史具有记忆特性;也就是说岩石的力学性指出岩石在单轴受荷条件下,微裂隙在单轴受荷后能不仅取决于当时的应力状态,还取决于全部过去的变形(闭合、张开、扩展等)将是改变岩石声学特性的应力状态[7].而实际上,这种记忆是指材料对损的主要因素.通过超声波可以直接反映在岩石不同伤的记忆.因此,要研究水厂铁矿这类深凹露天矿受荷状态下波速的变化.边坡的稳定性,必须充分考虑边坡开挖的过程性,以岩石在荷载作用下发生的破坏过程,主要与裂及由这一开挖过程的卸荷对岩体性能本身产生的影隙的产生、扩展及断裂过程有关.裂隙形成或扩展响.
4、时,造成应力松弛,贮存的能量以应力波的形式突然声发射(acousticemission,简称AE)是材料受力释放,产生声发射现象.因此,通过声发射检测,即状态发生变化时而释放出的弹性波.研究表明:声可以连续地检测材料或者结构内部变形或损伤演化[10]发射能量代表了岩石内部损伤的产生.声发射的的全过程.[8]将超声波与声发射检测系统同时用于岩石受荷KAISER效应记忆了岩石的先前损伤程度,也是[9]对岩石承受荷载产生损伤的一种测量.而超声波过程中的监测,可以更加全面真实地反映岩石的破穿过岩石后,会携带大量有关岩石材料性能、内部结坏机理.构及其组成的信息.应用超声波可检测不同
5、状态岩1.2实验装置及设备石、岩体的损伤程度.准确测定这些声学参数的变实验采用加卸载控制系统和超声波、声发射检化,将可以推断岩石的性能、内部结构的变化.测系统三套装置.加卸载控制系统采用长春市朝阳本文设计了一个岩石试块在单轴加卸载条件下实验仪器有限公司生产的WEP-600液压式屏显万的实验,利用AE观测追踪试块的损伤扩展,利用超能实验机,最大压力为600kN,提供轴向的加载与声波观测来定量评价不同状态下的损伤程度,以分卸载.实验加载控制速率为56kPa·s-1,卸载速率析岩石材料在卸载过程中力学性能的变化.-1为60kPa·s.收稿日期:2006-06-18修回日期:20
6、06-12-18超声波监测系统采用北京康科瑞公司生产的基金项目:“十五”国家科技攻关计划(No.2004BA615A-05);教育NM3C非金属超声波检测分析仪.测试参数设置如部高等学校博士学科点专项科研基金项目(No.20040008025)下:采样周期为0.20μs,采样长度为1024,发射电作者简介:韩放(1962—),男,博士研究生;纪洪广(1963—),男,教授,博士生导师压为500V.第5期韩放等:单轴加卸荷过程中岩石声学特性及其与损伤因子关系·453·声发射检测系统采用沈阳计算机技术研究设计理:σ=σ/σmax,σmax为岩石单轴强度;ε=ε/εmax,院生
7、产的AE21C声发射监测系统.测试参数设置εmax为实验过程中试样最大应变.如下:增益为20dB,门槛为10dB,撞击定义时间为200μs,撞击间隔时间为300μs,波形选择突发波,触发电平为0.1V.由于超声波的接收换能器与发射换能器只能承受有限的压力,不能直接在压力机荷载下工作,所以本实验设计制作了一对换能器保护装置,利用两个钢套筒作为传力装置同时保护换能器不被压坏.在试样与套筒之间各垫一个钢制垫板.实验装置见图1.图2应力-应变曲线与声发射特征关系Fig.2Relationofstress-straincurvewith
