發(fā)布時間：2018-04-15 02:26

  本文選題：聲發(fā)射 + 矩張量　； 參考：《成都理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：巖石是典型的各向異性的脆性材料。隨著外荷載的增加,巖石內(nèi)部微裂紋萌生演化、擴(kuò)展和貫通直至形成宏觀破裂面。聲發(fā)射采集技術(shù)可以不間斷、實時地監(jiān)測巖石材料內(nèi)部微破裂的萌生和發(fā)展,從而推演出試樣內(nèi)部的形變、破裂失穩(wěn)過程和力學(xué)機(jī)制。目前,聲發(fā)射在聲發(fā)射參數(shù)分析、頻譜特征解讀,空間三維定位等方面有較好的運用。然而要研究巖石破裂微觀機(jī)制,只得到微破裂在時間和空間上的演化過程是不足的,還需要從力學(xué)性質(zhì)上對微破裂的張拉、剪切滑移進(jìn)行分類,進(jìn)而深入了解微裂紋間相互作用和擴(kuò)展、貫通機(jī)制。為礦山微震監(jiān)測、隧道穩(wěn)定、深部變形破裂成因機(jī)理研究奠定基礎(chǔ),也為巖石失穩(wěn)破壞預(yù)測提供依據(jù)。因此,從室內(nèi)試驗出發(fā)設(shè)計壓縮試驗(巴西劈裂、單軸壓縮實驗、Z型剪切實驗、含預(yù)制裂隙壓縮實驗)并進(jìn)行同步聲發(fā)射采集。運用矩張量程序分析微裂紋震源機(jī)制(破裂類型、破裂幾何參數(shù))、破裂能,結(jié)合應(yīng)力應(yīng)變曲線和聲發(fā)射參數(shù),分析不同破壞階段下巖石微破裂性質(zhì)和能量演化特征,從微觀角度解釋巖石破裂演化過程。得到以下幾點結(jié)論:(1)基于AR-AIC和單純形法(Simplex),自行編寫聲發(fā)射點定位解算程序,并通過斷鉛實驗驗證算法的定位精度。得出:破裂點在探頭陣列內(nèi)時,定位誤差在10mm以內(nèi),陣列之外定位誤差在15mm左右。(2)將AE幅度(AMP)和與空間定位結(jié)合,繪出AMP空間分布圖,可看出主破裂面的形成和集中,能有效排除無效聲發(fā)射點的干擾(低能量、低幅度,離散的聲發(fā)射事件點)。(3)基于彈性波動力學(xué)理論,依據(jù)M.ohstu矩張量解法,自行編寫MATLAB矩張量求解程序,并設(shè)計實驗驗證程序正確性。得出:“Z”型試件壓縮實驗中,JQ2在切口處呈壓縮拉伸破裂,G2在中間梁處出現(xiàn)剪切破裂。矩張量計算結(jié)果得出JQ2張剪比例為51%、29%,G2張剪比例為77%、19%,與宏觀破裂一致,證明了矩張量程序在震源機(jī)制分析中的準(zhǔn)確性和適用性。(4)巴西實驗中,矩張量程序分析得出張拉裂紋、剪切裂紋和混合裂紋的平均比例約為59%、30%、11%。可見,巴西劈裂實驗中張拉裂紋起到主導(dǎo)作用,剪切裂紋則起到了加速和促進(jìn)作用。證明了巴西劈裂實驗雖然與直接拉伸試驗應(yīng)力場分布不同,起裂點不同,但其震源機(jī)制(張拉占據(jù)主導(dǎo)作用)一致,因此其用來測試試樣的抗拉強(qiáng)度是合理的。(5)張拉能、剪切能和混合能在巖石破裂過程中比例和演化規(guī)律與張剪切裂紋較為接近,呈對應(yīng)關(guān)系。巖石總體呈張拉型破裂時,張拉能占比較高,反之在剪切試件中,剪切能占比較高。應(yīng)力加載中,破裂能主要集中于裂紋密集出現(xiàn)時或是大破裂(大事件)發(fā)生時,集中在80-100%應(yīng)力階段出現(xiàn)能量劇增現(xiàn)象。
[Abstract]:Rock is a typical anisotropic brittle material.With the increase of the external load, the microcracks in the rock initiate and evolve, propagate and penetrate until the macroscopic fracture surface is formed.Acoustic emission acquisition technique can monitor the initiation and development of micro-fracture in rock material in real time and deduce the deformation, fracture instability process and mechanical mechanism.At present, acoustic emission has a good application in acoustic emission parameter analysis, spectrum feature interpretation, spatial three-dimensional positioning and so on.However, in order to study the micromechanism of rock fracture, it is insufficient to obtain only the evolution process of microfracture in time and space, and it is necessary to classify the tensioning and shear slip of microfracture in terms of mechanical properties.Furthermore, the mechanism of microcrack interaction and propagation is deeply understood.It lays a foundation for the study of the formation mechanism of mine microseismic monitoring, tunnel stability and deep deformation and fracture, and also provides the basis for the prediction of rock instability and failure.Therefore, the compression test (Brazilian split, uniaxial compression test, Z-type shear test, including prefabricated fracture compression test) is designed and the synchronous acoustic emission acquisition is carried out.The focal mechanism of microcrack (rupture type, fracture geometry parameter, fracture energy, stress-strain curve and acoustic emission parameter) are analyzed by using the moment Zhang Liang program, and the characteristics of microfracture and energy evolution in different failure stages are analyzed.The process of rock fracture evolution is explained from the microscopic point of view.The following conclusions are obtained: (1) based on AR-AIC and simplex method, the program of acoustic emission location is written by ourselves, and the accuracy of the algorithm is verified by the experiment of lead break.It is concluded that when the rupture point is in the probe array, the positioning error is within 10mm, and the positioning error outside the array is about 15mm. (2) combining AE amplitude with spatial positioning, the spatial distribution map of AMP can be drawn, and the formation and concentration of the main rupture surface can be seen.Based on the theory of elastic wave mechanics and the M.ohstu moment Zhang Liang solution, we can effectively eliminate the interference of invalid acoustic emission points (low energy, low amplitude, discrete acoustic emission event point) and write the MATLAB moment Zhang Liang solution program by ourselves, based on the theory of elastic wave mechanics and the M.ohstu moment Zhang Liang solution.Experiments are designed to verify the correctness of the program.It is concluded that in the compression test of "Z" type specimen, the compression tensile fracture of JQ2 at the notch and the shear rupture of the G-2 at the middle beam are observed.The result of Zhang Liang's calculation shows that the ratio of JQ2 tensioning and shearing is 51 / 29/ G2, which is consistent with the macroscopic rupture, which proves the accuracy and applicability of the moment Zhang Liang program in the analysis of the focal mechanism.) in the Brazilian experiment, the moment Zhang Liang program analysis shows the tension crack.The average ratio of shear crack to mixed crack is about 59%.It can be seen that tensile crack plays a leading role and shear crack accelerates and accelerates in Brazilian splitting experiment.It is proved that although the stress field distribution and fracture initiation point of Brazilian splitting test are different from that of direct tensile test, the focal mechanism (tensioning dominates) is the same, so the tensile strength of the test specimen is reasonable.The ratio and evolution of shear energy and mixed energy in the process of rock fracture are close to those of tensile shear crack.When the rock is tension-type fracture, the tensile energy is higher, whereas in the shear specimen, the shear energy is higher.In the stress loading, the fracture energy is mainly concentrated at the time when the crack is dense or when the big rupture (big event) occurs, and the phenomenon of energy surge occurs in 80-100% stress stage.
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU45

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本文編號：1752123