在真实三轴加载和加载-卸载条件下在砂岩中对声波发射源定位的时空空间演变模式的比较分析
Peng Chen1, Shibo Yu1, Hui Wang1
1China-South Africa Joint Research Center for Development and Utilization on Mineral Resources, BGRIMM Technology Group, Beijing 100160, China.
在装载和卸载过程中岩石断裂呈现四个阶段. 卸载导致过早破裂,有较强的声辐射 (AE) 反应,而纯载荷则集中在破裂附近的故障. AE分析揭示了每个应力路径的明显裂传播模式.
科学领域:
- 地质技术工程 地质技术工程
- 岩石力学 岩石力学 岩石力学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 微震/声波排放 (AE) 监测提供实时,非破坏性的洞察岩石变形和故障.
- 了解不同应力路径下的岩石破裂机制对于地质危险评估和工程设计至关重要.
研究的目的:
- 为了比较研究AE在纯加载与卸载条件下的砂岩故障期间的时空演变.
- 分析AE波形参数和源位置,以描述不同的故障模式.
主要方法:
- 实验设计涉及砂岩受到两个不同的应力路径:纯载荷和装卸.
- 获取和分析AE波形时间频率参数和源位置数据.
- 基于AE特征的故障演变模式的比较分析.
主要成果:
- 两个加载路径都显示了四个阶段的故障过程. 卸载导致过早破裂,与纯负载相比,AE反应更为明显.
- 主导的AE频率为0-200 kHz,在最后的故障阶段 (4阶段) 有一个显著的低频,高振幅区域.
- 卸载揭示了拉伸裂核化 (第三阶段) 和随后的传播/凝聚 (第四阶段),形成宏观骨折.
- 纯负荷表明压缩剪切断裂的发展 (第三阶段) 和扩散到穿过的剪切平面 (第四阶段).
结论:
- 岩石断裂机制在纯负载和负载卸载应力路径之间存在显著差异.
- AE监测有效地捕捉了岩石断裂的时空演变,区分了拉力和剪切断裂模式.
- 这些发现增强了对复杂应力条件下的岩石质量行为的理解,这与地质机械应用有关.
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