巖石破壞過程中的聲發(fā)射分布規(guī)律及其分形特征.pdf

1、巖石是典型的具有非均勻性的脆性材料，內(nèi)部富含各種缺陷(微裂紋、孔隙、節(jié)理裂隙等)，在受載破壞過程中會(huì)產(chǎn)生大量的聲發(fā)射信號(hào)。由于聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生于巖石內(nèi)部微裂紋的萌生或擴(kuò)展，因此每個(gè)聲發(fā)射信號(hào)都包含了巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的豐富信息。研究和分析這些聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)巖石破壞過程中內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展規(guī)律以及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)礦山現(xiàn)場(chǎng)的沖擊地壓(巖爆)具有重要的價(jià)值。 本文通過室內(nèi)聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)不同巖性試樣受載破壞過程中的聲發(fā)射事件，并基

2、于分形理論，建立了描述聲發(fā)射空間分布特征的分維模型(數(shù)目-半徑法和計(jì)盒維數(shù)法)，重點(diǎn)對(duì)巖石試樣不同破壞階段的聲發(fā)射空間分布分維值的變化特征進(jìn)行了分析，得到了以下一些結(jié)論： (1)不同巖性試樣破壞過程中聲發(fā)射事件的空間分布反映了內(nèi)部裂紋萌生和擴(kuò)展規(guī)律。巖石試樣破壞前在中間形成的聲發(fā)射事件相對(duì)較少的“空白區(qū)”蘊(yùn)含了巖石宏觀裂紋擴(kuò)展的趨勢(shì)，此結(jié)果對(duì)開展沖擊地壓(巖爆)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究具有重要的理論價(jià)值。 (2)巖石試樣破壞過程中聲

3、發(fā)射的空間分布具有分形特征。隨著載荷增加，試樣內(nèi)部破壞程度增加，聲發(fā)射分布的分維值持續(xù)降低，到試樣臨近破壞時(shí)，分維值降到最低。 (3)巖石破壞過程中聲發(fā)射分維值持續(xù)降低，說明巖石內(nèi)部裂紋是從最初的不規(guī)則分布，漸漸向某個(gè)或某幾個(gè)破裂面匯合(即相對(duì)比較規(guī)則的分布)的一個(gè)過程。 (4)對(duì)于同一巖性的巖石試樣，臨近破壞前的計(jì)盒分維值會(huì)降低到一個(gè)“臨界值”以下，此“臨界值”可以被當(dāng)做巖石試樣即將破壞的標(biāo)志。這一結(jié)論對(duì)于礦山現(xiàn)場(chǎng)沖擊