粒度對砂巖力學及聲發(fā)射特性影響的研究.pdf

1、在巖土工程建設中，經(jīng)常遇到顆粒大小不同的巖石，而粒度不同的巖石，其峰值強度，抗壓及抗變形能力等有很大的差異。因此研究粒度對巖石力學及聲發(fā)射特性的影響對巖土工程有著非常重要的意義。本文通過收集不同粒度砂巖在單軸壓縮破壞過程中的力學及聲發(fā)射數(shù)據(jù)，并以時間為參考變量，得到力學與聲發(fā)射參數(shù)之間的耦合關系，以研究粒度對砂巖在單軸壓縮破壞過程的影響規(guī)律，并以此進一步揭示巖石破壞的微觀機制；基于分形理論，對比研究砂巖變形破壞過程中分維值的變化規(guī)律，分

2、析砂巖變形破壞過程中的損傷演化過程，并為巖石失穩(wěn)破壞找到合理的前兆判據(jù)。主要研究內(nèi)容及結論如下：
　?、俑鶕?jù)砂巖的應力-應變曲線，可以將砂巖的破壞過程分為四個階段：壓密階段、彈性階段、屈服階段和破壞階段。粒度越大，砂巖的彈性階段持續(xù)時間越長，巖石內(nèi)部集聚的彈性勢能也越多，越容易發(fā)生巖石破壞現(xiàn)象。粒度對砂巖的宏觀破壞形式影響不大，均為單斜面剪切破壞。但是隨著粒度的增大，破裂面上的滑痕顯現(xiàn)出明顯的滑移方向，表明粒度越大，破裂面之間的接

3、觸力也越大，越表現(xiàn)出塑性滑移特征。粒度對砂巖的力學特性影響非常明顯，粒度越大，砂巖的抗壓強度和彈性模量都越大，而彈性應變呈下降趨勢。這表明，相同條件下，粒度增大，能夠增大砂巖的抗壓強度、抗變形能力。
　?、趩屋S壓縮條件下，砂巖的聲發(fā)射可以明顯的分成三個階段：初始壓密期、平靜期和爆發(fā)期。粒度對初始壓密期和平靜期的影響不大，但是對爆發(fā)期的影響非常大，粒度越大，砂巖在爆發(fā)期的聲發(fā)射活動越劇烈，破壞越大。通過砂巖的累計振鈴計數(shù)曲線，可以發(fā)

4、現(xiàn)砂巖裂紋擴展的應力門檻值—損傷強度?cd約為峰值強度87％。砂巖在單軸壓縮破壞過程是張剪混合裂紋，但主要以剪切破壞為主，僅在破壞階段產(chǎn)生了少量張拉破壞。并且對比可以發(fā)現(xiàn)，隨著粒度的增大，砂巖在爆發(fā)期的高聲發(fā)射RA值明顯增多，且峰值也越大，這說明粒度越大，砂巖在破壞中越容易產(chǎn)生張拉破壞。三種粒度條件下，聲發(fā)射RA值都在巖石發(fā)生主破裂前有一個突然的增大，并達到峰值，此后巖石發(fā)生宏觀破裂，可以看出聲發(fā)射RA值的突然增大預示著破壞即將產(chǎn)生，因

5、此可以將聲發(fā)射RA值的陡增作為砂巖破壞的前兆信息。
　?、凵皫r聲發(fā)射振鈴計數(shù)在時域上具有自相似特征，具有分形特征，其分形特征演化模式為：上升-突降。砂巖內(nèi)部在加載初期，形成大量小的剪切裂紋，這些裂紋在初期無序發(fā)展，此時分形維數(shù)逐漸上升，并達到峰值，隨著裂紋的擴展，裂紋之間相互融合貫通，形成破裂面，此時分形維數(shù)發(fā)生突降，說明，巖石內(nèi)部裂紋開始沿著破裂面有序發(fā)展，直至產(chǎn)生宏觀裂紋，預示著巖石即將發(fā)生破壞，因此，可以將分形維數(shù)的首次突降