弧形加載下方向偏轉對圓盤試件聲發(fā)射特征及應力分布的影響研究.pdf

1、隨著采礦工程的迅速發(fā)展以及地下工程的建設需要，原巖應力測定在采礦和巖土工程中顯得越來越重要。目前應用廣泛的原巖應力測定方法成本相對較高，聲發(fā)射Kaiser效應法因其測試成本比較低在國內外越來越受到重視，為原巖應力測定開辟了一條新的途徑。但在利用Kaiser效應測定地應力的實際使用過程中一些問題一直都沒得到較好的解決，比如應力水平、溫度、濕度、巖石試件的取樣與最大主應力的夾角等因素對Kaiser效應法對地應力測定精度的影響，這些因素的不確

2、定性阻礙了該方法的進一步推廣。其中，加載方向與主應力方向成一定角度時，Kaiser效應的存在與否以及測量的精度直接影響測定結果的可靠性。
　　本文以重慶地區(qū)砂巖為研究對象，利用WAW-1000型電液伺服試驗系統(tǒng)和PAC公司的PCI-2型全數(shù)字化聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)分別對弧形加載包圍角度為60°、30°和10°的三種情況下，四種圓盤試件（不含裂紋、含一個預制裂紋、含兩個預制裂紋和含四個預制裂紋）在第二次加載方向有所改變的情況下進行了加

3、卸載循環(huán)試驗。對試驗條件下的聲發(fā)射特征進行了分析，并對試驗中試件破壞時裂紋的擴展分布進行統(tǒng)計分析，取得的成果如下：
　　①運用斷裂力學的基本知識，通過對含有中心單裂紋和多裂紋圓盤模型應力強度因子的計算，發(fā)現(xiàn)：
　　1）對于單裂紋模型，在荷載的分布角γ一定時，隨著裂紋面方向與荷載方向的夾角θ0的增大，Κ*Ⅰ值逐漸減小，Κ*Ⅱ值逐漸增大；在裂紋面方向與荷載方向的夾角θ0不變時，隨著荷載分布角γ得增大，應力強度因子Κ*Ⅰ和Κ*Ⅱ都

4、減??；
　　2）對于多裂紋模型，隨著損傷變量D的增加，裂紋尖端的應力強度因子非線性減小，裂紋越稀，翼型裂紋貫通時的應力強度越小。
　?、诓捎没⌒渭虞d方式，對四種重慶砂巖圓盤試件（不含裂紋、含一個預制裂紋、含兩個預制裂紋和含四個預制裂紋）在不同包圍角度下第一加載方向上進行加卸載試驗后，偏轉一定角度再次進行加載，對弧形加載條件下再次加載偏轉5°、10°、15°、35°和60°時的Kaiser效應進行了研究；通過弧形加載的方式，對

5、圓盤試件試驗進行了改進，使加載方向可以偏轉任意的角度，并得出結論：
　　1）通過對相同包圍角度下不同試件偏轉相同角度時聲發(fā)射特性的研究發(fā)現(xiàn)：在0°～60°范圍內，第二加載方向的聲發(fā)射特征對第一方向加載歷史具有記憶性，并且隨著偏轉角度的增大，Kaiser點的清晰程度減弱，Kaiser效應逐漸變得不明顯；
　　2）不同試件在相同的包圍角度下，破壞荷載值由大到小的排列排序為不含裂紋試件、含一個預制裂紋試件、含兩個預制裂紋試件、含四

6、個預制裂紋試件；
　　3）同類試件在不同包圍角度的墊塊下，聲發(fā)射計數(shù)率和累計聲發(fā)射數(shù)由大到小排序為：60°包圍角度、30°包圍角度、10°包圍角度。
　　③對含兩條裂紋試件和含四條裂紋試件的在不同包圍角度下的新裂紋的產(chǎn)生、擴展以及試件的破壞模式進行了分析。在包圍角度為60°的墊塊下加載時，試件的破壞以剪切破壞為主；在包圍角度為30°和10°的墊塊下加載時，試件的破壞以拉剪復合破壞和翼型裂紋和預制裂紋貫通破壞為主。隨著墊塊包圍