片理结构软岩变形破坏声发射特征.docx资源-CSDN文库

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摘要

片理结构是影响层理岩石力学行为的重要因素，因此研究片理岩石损伤破坏机制具有重要意义。为

了研究片理效应的损伤机制，通过室内单轴压缩试验同步声发射监测系统的方法，对具有不同片理

角度的绿泥石进行单轴压缩试验，观察岩石试件的破坏特征，分析绿泥石试件损伤过程中声发射信

号的参数特征和 b 值特征。结果表明，随着岩石片理角度的增加，试样损伤破坏强度存在明显的片

理效应；在岩石试样损伤过程中，声发射累积振铃计数斜率随着片理角度增加呈现先减小后增大的

趋势，即释能速度随着层理的增加先减小后增大。可见在层理岩石中片理角度与力学性质有关，且

不同的片理角度对应的损伤机制不同。

Abstract

Schistose structure is an important factor affecting the mechanical behavior of

bedding rocks, so it is of great significance to study the damage and failure

mechanism of schismatic rocks. In order to study the damage mechanism of

schistose effect, the method of synchronous acoustic emission monitoring system of

indoor uniaxial compression test is used, the chlorite with different schistose angles

is subjected to uniaxial compression test, and the failure characteristics of rock

specimens are observed, and the parameter characteristics and the b value

characteristics of acoustic emission signals during the damage process of chlorite

schist specimens are analyzed. The results show that with the increase of chlorite

schistose angle, there is obvious schistose effect on the specimen damage and

failure strength. During the damage process of rock samples, the cumulative

acoustic emission ringing count slope first decreases and then increases with the

increase of schistose angle, that is, the energy release rate first decreases and then

increases with the increase of bedding. It can be seen that schistose angle is related

to mechanical properties in bedding rocks, and the damage mechanism is different

for different schistose angles.

译

关键词

绿泥石; 片理效应; 声发射; 损伤机制

Keywords

chlorite; schistose effect; acoustic emission; damage mechanism

译

一般来说，带片理结构变质岩材料的强度随着层理倾角方向的变化而变化，具有显著的片理效应

［ 1］

，其破坏模式与片理角度息息相关。声发射是岩石在损伤破坏过程中应变能以应力波形式释放

的物理现象，其发生的振铃计数、能量大小和频次与岩石试样所处的应力状态相关，可以作为试样

损伤的宏观观测标准

［ 2，3］

。在工程中绿泥石片岩是典型的带片理结构的变质软岩，具有大变形、易

崩解的性质，因此在室内试验中运用声发射技术手段分析岩石试样损伤破坏变形特征对研究软岩力

学性质具有重要意义。

近年来，学者从不同的研究方向对岩石的声发射特性进行研究，并得到了很多研究成果。孙清佩等

［ 4］

通过室内单轴声发射试验得到声发射检测仪（acoustic emission detector，AE）技术，能够

宏观地表现层理岩石试样的裂纹扩展规律，并得出层理倾角对岩石力学参数有重要影响的结论；赵

菲等

［ 5］

利用室内改进的真三轴仪（modified true-triaxial apparatus，MTTA）岩爆模拟试验系

统和美国物理声学公司（physical acoustics corporation，PAC）声发射监测系统对不同高度的

花岗岩进行室内爆破试验，发现其损伤的能率随着试件高度的降低有增大的趋势；刘希灵等

［ 6］

通

过探讨声发射 b 值特征及 b 值影响因素研究岩样损伤演化规律；李元辉等

［ 7］

发现岩石破坏前会出

现 b 值快速下降趋势；李浩然等

［ 8］

研究了花岗岩单轴压缩下轴向纵横波速与声发射演化特征，并

分析了二者变化的相关性；纪洪广等

［ 9］

通过高频和低频传感器同步测试花岗岩 AE 演化，发现低频

与高频 AE 变化趋势基本一致，但主频带在破裂过程中发生改变。

这些研究揭示了片理结构岩石的基本力学性质、破坏准则等规律，对于在工程中解决与片理结构岩

体有关的问题具有很大的参考价值，但是对于具有片理结构的软岩破坏规律和声发射特征研究还不

够深入具体，基于以上考虑，针对绿泥石这一典型带片理结构的软岩进行单轴压缩试验，获取其力

学变形参数和同步的声发射振铃计数参数，对不同片理角度绿泥石片岩的声发射振铃计数和 b 值进

行规律分析，探索片理结构软岩的变形破坏声发射特征。

1 试验细节

图 1 为具体试验布设图。岩样来自鄂北水资源配置工程，为典型的带片理结构的绿泥石软岩，采用

切割方法将岩样切割成 1∶ 2 的 50 mm×50 mm×100 mm 长方体试样，加工角度 θ 为 0°、

45°、90° 3 个片理角度（见图 1（a）），岩样的平均密度为 2 980 kg/m

3

，试样两端上下表面

平整度误差为±0.3 mm，表面平整度为±0.05 mm，端面垂直于试件轴线，允许偏差为±0.25°，

试件加工精度按《水利水电岩石试验规程》（SL264–2001）执行。

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