砂岩破坏的声发射特征及预警指标研究.pdf

摘要

岩石材料产生变形或破裂会出现声发射现象，探索岩石变形破坏过程中的声发射

特征，对研究岩石细观损伤机理及预测岩石破坏具有重要意义。本文依托G210国道

K1596+725~+850西乡段公路岩质边坡，采用室内加载试验、声发射理论分析及离散元

数值模拟的综合研究方法，针对取自依托工程上砂岩破坏的声发射特征及声发射预警

指标进行相关研究。本文主要研究成果如下：

（1）基于六种加载速率下的砂岩单轴压缩试验，分析了砂岩破坏应力应变特征，

得到了砂岩在不同变形阶段的破坏特点。分析了加载速率对砂岩力学特性的影响，得

到加载速率与峰值应力、峰值应变、弹性模量之间的关系。

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（）分析了声发射振铃计数与能量的变化规律分析，揭示砂岩变形破坏个阶段

不同的声发射特征。分析了声发射活动与砂岩应力状态的联系，得到不同应力比下声

发射活动的特点。结合RA-AF的裂纹评价体系与砂岩宏观破坏形态的分析，得到砂岩

破坏形式与加载速率之间的联系。分析了砂岩受压全过程中声发射b值的变化规律，

b

得到砂岩临近破坏声发射值的特点。

（3）基于假设检验理论，利用P值检验方法验证了细观参数选取的合理性。分析

了模型试样裂纹发展特点，得到模型试样的声发射特征及破坏形式。分析了模型试样

的能量演化特点，得到试样在不同破坏阶段有不同的能量演化规律。

（4）基于等幅循环、分级循环加载试验，分析了Felicity比在等幅循环加载下的

变化规律，得到砂岩试样的历史最大应力在20~25MPa之间，随着循环次数的增加，

砂岩对历史最大应力的记忆逐渐更新，向循环应力值靠近。分析了Felicity比在分级循

环加载下的变化规律，得到随着循环应力逐渐加大，砂岩内部损伤逐渐加重。

关键词：砂岩、声发射、数值模拟、能量演化、预警指标

I

Abstract

Acousticemissionphenomenonoccurswhenrockmaterialsaredeformedorbroken.It

isofgreatsignificancetoexploretheacousticemissioncharacteristicsintheprocessof

rockdeformationandfailuretostudythemesoscopicdamagemechanismofrockand

predictrockfailure.Inthispaper,theacousticemissioncharacteristicsandacoustic

emissionwarningindexofsandstonefailurefromthesupportingengineeringarestudiedby

thecomprehensiveresearchmethodofindoorloadingtest,acousticemissiontheoretical

analysisanddiscreteelementnumericalsimulation,relyingontherockyslopeofXixiang

sectionofG210NationalHighwayK1596+725~+850.Themainresearchresultsofthis

paperareasfollows:

(1)Basedontheuniaxialcompressiontestsofsandstoneundersixloadingrates,the

stress-straincharacteristicsofsandstonefailureareanalyzedandthefailurecharacteristics

ofsandstoneindifferentdeformationstagesa