非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响

运用岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统,通过对岩石试样中预置的倾斜裂纹扩展过程的数值模拟,研究了材料非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响．数值模拟再现了受压试样在裂纹扩展过程中逐步演变的应力场和应变场,以及与岩石非均匀性有关的声发射和断裂扩展模式的“岩桥”现象．模拟结果说明,岩石的非均匀性对含裂纹试样的变形、破裂过程及其破坏模式有很大的影响．     

非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响

运用岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统,通过对岩石试样中预置的倾斜裂纹扩展过程的数值模拟,研究了材料非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响．数值模拟再现了受压试样在裂纹扩展过程中逐步演变的应力场和应变场,以及与岩石非均匀性有关的声发射和断裂扩展模式的“岩桥”现象．模拟结果说明,岩石的非均匀性对含裂纹试样的变形、破裂过程及其破坏模式有很大的影响．     

岩石微破裂时空强分布特征及其动态演化过程的声发射研究进展

从声发射事件时，空分布、ｂ值特征等方面，对地震研究领域岩石微破裂声发射近期的一些研究结果进行简单综述。     

岩石构造对声发射统计特征的影响

利用一套最新型的全波形、宽动态声发射观测系统,对两种不同构造的花岗岩在三轴压缩变形实验中的声发射活动进行了对比研究。二者在声发射空间分布,声发射与体积扩容的对应关系,声发射频谱特征及频度能级统计参数等方面均有明显差异。这表明,岩石构造对声发射的基本统计特征有显著的控制作用。其原因在于岩石构造的差异造成变形方式和变形过程的不同     

基于岩石变形声发射实验结果讨论岩石失稳的可预测性

根据室内岩石变形声发射实验结果,计算了声发射序列的地震非均匀度GL值,并以此探讨岩石破裂失稳的可预测性.     

基于岩石变形声发射实验结果讨论岩石失稳的可预测性

根据室内岩石变形声发射实验结果,计算了声发射序列的地震非均匀度GL值,并以此探讨了岩石破裂失稳的可预测性。在双轴压缩、等速率加载条件下,含障碍体断层、挤压雁列断层和Ⅲ型剪切断层等非连续岩石标本在临近滑动失稳前,声发射活动均出现了显著的均匀—非均匀的状态变化,表现为GL值出现持续大于1的异常变化,GL值异常的位置与破裂成核部位相重合,并与断层走向一致;改变统计窗长、窗内分割数及能级统计下限计算声发射序列的GL值,结果表明,GL值计算结果具有一定的稳定性。综合分析认为,地震非均匀度(GL值)可以较好地刻画岩石失稳前夕因破裂成核导致的声发射活动在时间分布上的状态变化,GL值持续异常是岩石失稳的显著性标志,对预测岩石失稳具有较好的指示意义。     

双向压缩条件下非均匀断层标本变形过程中的声发射活动特征

在双向压缩条件下,研究了一种非均匀断层模型标本在变形过程中的声发射(AE)时空特征.结果表明,随侧向应力sigma;2的增大,断层破裂强度提高,自加载至破坏的时间延长,破坏形式由突发失稳逐渐转变为渐进式破坏.预制断层及其非均匀性对标本变形过程中AE空间分布图象起明显的控制作用.预制断层,特别是预制断层上的强度不均匀部位及高强度段落,控制着微破裂空间分布的总体格局.破裂局部化均起始于断层上强度不均匀部位,随侧向应力sigma;2的增大,微破裂密集区域从预制断层强度不均匀部位逐渐扩展到整个高强度区段.侧向应力sigma;2的大小对AE时序特征具有显著影响.较低sigma;2条件下,断层表现为突发失稳,失稳发生在微破裂活动ldquo;增强-平静rdquo;的背景之上;而较高sigma;2条件下,断层表现为渐进式破坏,破坏前后AE频次持续增加,AER呈指数增长.sigma;2对b值变化也具有一定影响.当断层破坏表现为突发失稳时,b值在弹性阶段后期至弱化阶段显示出ldquo;前兆rdquo;性降低;而当断层表现为渐进式破坏时,b值变化平稳.      

岩石摩擦-滑动中的声发射b值动态特征及其地震学意义

双剪试验的结果表明,岩石摩擦滑动过程中的AE b 值动态曲线可归纳为锯齿状和台柱状两类,分别对应于不规则粘滑和规则粘滑.滑动瞬间滑面上摩擦系数变化△μ的分布决定岩石的滑动方式,不均匀分布易发生不规则粘滑.均匀分布易引起规则粘滑;破裂和滑动是摩擦滑动过程中的两类AE 机制,两类AE 的能量分别与破裂面面积及△μ成正比.研究结果提示,平直光滑的地震断层可能显示出特征地震的发震特点.     

岩石微破裂震源过程的声发射研究进展

从岩石微破裂的破裂模式和震源机制、声发现事件波形的振幅频谱特征、介质特征等方面,对地震研究领域岩石微破裂声发射近期的一些研究结果进行了简单综述。     

宏观非均匀性对岩石微震序列类型和破裂方式影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统．研究了岩石介质宏观非均匀性（含裂纹）对宏观力学行为和微震序列类型的影响。通过对5种不同岩石介质结构的宏观非均匀性样本进行破裂过程的数值模拟,发现非均匀程度不同会产生不同地震序列类型,主要有：前震-主震-余震型、主震型和震群型。此外,对5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟。结果表明,岩石介质结构的宏观非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响,而且也显著地影响试样破裂模式。随着非均匀程度的降低,主破裂呈现脆断模式,而随着非均匀程度的增加而呈现韧性破坏特征。     

煤样变形破坏声电效应的演化规律及机理研究

通过实验研究不同煤样变形破坏全过程的声发射和电磁辐射效应的演化规律,分析了煤样变形破坏过程中电磁辐射和声发射信号的相关性和煤样变形破坏的微观机理,提出了煤样变形破坏过程中电磁辐射和声发射信号分别是在煤样内的裂纹面滑移和裂纹扩展时产生的观点,较好地解释了煤样变形破坏过程中声电效应的变化规律和特征,为进一步提高电磁辐射及声发射、电磁辐射综合预测煤岩动力灾害的可靠性和准确性提供了理论基础.     

利用声发射和波速变化判定岩石损伤状态

对岩石受单轴压缩损伤过程中的声发射和超声波波速进行了同步测量,对比分析了声发射和波速随损伤过程的变化规律。研究表明,岩石损伤过程可分成几个阶段,不同阶段声发射和声波波速变化呈现不同特征;利用超声波波速的相对变化能够稳定可靠地鉴别岩石的"加载强化"与"加载弱化";声发射b值对裂隙的非稳定扩展更加敏感,可以作为岩石失稳预警参数;岩石声发射和波速都对损伤具有记忆性,重复加载下的声发射和超声波波速变化可提供更丰富的岩石损伤状态信息。     

声发射矩张量反演

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发射波长,且声发射由微破裂产生,声发射源的尺度很小时,P波矩张量反演可采用远场近似.本文首先针对声发射的特点,实现根据远场P波反演声发射矩张量的算法,并通过人工声发射实验对算法的正确性和可靠性进行了检验.最后,用声发射矩张量反演方法对花岗岩单轴压缩实验的声发射源特征进行了分析.结果表明：对于纯剪切破裂模式,声发射矩张量反演可得断层面;对于非纯剪切破裂模式,如纵向挤压导致的横向张性劈裂,由于存在多解性不能得到断层面,但可通过矩张量的迹区分破裂模式.     

金属矿床采掘过程围岩失稳状态的声发射监测实践

本文以声发射技术在岩土工程中的应用为基础,结合国内外的研究成果,对小铁山矿脉内采准工程中采准和回采巷道的稳定性进行了实时监测,确定了不同岩性的稳固性、开挖后的松动范围和巷道的合理支护方式及支护时间. 从岩石应力和声发射次数与能量的关系出发,通过实测一定时期内巷道的声发射特征,对比相应的破坏形式,确定了巷道开挖后破坏形式和声发射的关系,为脉内采准工程合理性和地压控制措施提供了理论指导, 同时也证明了声发射监测技术在岩矿地下开挖工程地压活动监测中的有效性.     

Spatio-temporal characteristics of acoustic emission during the deformation of rock samples with compressional and extensional en-echelon faults

Introduction By the experimental techniques of acoustic emission (AE) and surface strain observation, a lot of achievements on the study of deformation and fracture process of samples with en-echelon faults has been obtained (Bomblakis, 1973; LIU, et al, 1986; DU, et al, 1989; LI, et al, 1989; ZHANG, FANG, 1989; ZHANG, LI, 1989; MA, et al, 1995a, b; LI, et al, 2000). However, there still exist many problems. For example, most of discussion on the spatio-temporal evolution of microf…     

Spatial and temporal characteristics of acoustic emission activity during deformation of rock samples with inhomogeneous fault under biaxial compression

The spatial and temporal distributions of acoustic emission （AE） during the deformation of samples containing an inhomogeneous fault have been studied under biaxial compression. The results show that the fault strength and the duration from loading to failure increase and the failure mode changes from abrupt instability to gradual failure with increase of lateral stress σ2. The pre-setting fault and its heterogeneity play an important role in controlling AE spatial distribution during the deformation. The basic pattern of AE spatial distribution is controlled by the pre-setting fault, especially the parts with inhomogeneous strength and the strong segment, and the localization of fracturing starts from the positions with inhomogeneous strength, With increase of σ5, the dense AE distribution area spreads from the positions with inhomogeneous strength to the whole strong segment gradually. AE temporal sequence is significantly affected by σ2. The fault shows abrupt instability in final failure, which occurs on a background of ＂enhancement-quiescence＂ in microfracturing activity at lower σ2. At higher σ5, the fault shows gradual failure, and AE occurrence rate increases continuously and AER increase exponentially before and after the failure, The effect of σ2 on b-value is also remarkable, b-value shows precursory decrease in the weakening stage when fault behavior is abrupt instability, but it shows balanced change when fault behavior is gradual failure,     

On the stimulation of acoustic emission in rock samples by electromagnetic fields

The combined impacts of the electromagnetic fields generated by two independent sources on the process of crack formation in loaded heterogeneous materials (rocks) are studied. The interest in such experiments lies in the fact that in natural conditions, the combination of several fields—the potential triggers of seismic activity—is rather the rule than the exception. It is shown by examples that in the conditions of crossed electric and magnetic fields (CrEMFs) the enhancement in acoustic activity can be triggered with a lower strength electric field than in case of the electric impact alone.     

Experimental study of ultralong wave band for electro－magnetic signals and acoustic emission during rock fracture

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｌｏｎｇ　ｗａｖｅ　ｂａｎｄ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｉｇｎａｌｓ　ａｎｄ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｆｒａｃｔｕｒｅ（曹惠馨）（钱书清）（吕...     

岩盐断层带黏滑及稳滑过程中声发射活动特征的初步分析

本文利用双轴摩擦实验对含水条件下岩盐断层带摩擦滑动性状进行了实验研究, 观测和分析了摩擦滑动过程中的声发射活动, 并利用扫描电镜分析了断层带的微观变形结构.结果表明, 含水岩盐断层带在伴随黏滑的速度弱化域和伴随稳定滑动的速度强化域, 摩擦过程中均产生了大量声发射事件; 黏滑过程与稳滑过程中的小声发射事件存在共同之处, 即两者均表现为能级低; 但黏滑过程中的小声发射事件的优势频率既有低频(10 kHz左右)和中频(100 kHz左右), 也有高频(370 kHz左右), 而在稳定滑动过程中, 小声发射事件的优势频率仅有低频和中频, 缺少高频事件.这种差异与两者变形主导机制的不同密切相关.在断层黏滑循环中, 接近摩擦峰值时声发射发生率明显增加, 但高频事件减少、中频和低频事件增加; 进入亚失稳阶段后, 声发射只有低频和中频信号, 几乎不再出现高频信号.这种差异与断层带变形方式的变化密切相关.

     

Effect of occurrence rate of acoustic emissions on their statistical behavior

The parameterm in Ishimoto-Iida's relation was investigated for acoustic emissions (AEs) occurring in rock samples under uniaxial compression. In the experiment, we found: 1) The large AEs are counted without serious error but the number of small AEs is systematically underestimated at high AE rates, 2) the frequency distribution of maximum AE amplitudes becomes nonlinear in logarithmic scale with increasing AE rate, and 3) there exists a strong negative correlation betweenm-value and AE rate. The miscount of small AEs was interpreted as due to overlap of the large and small AEs. We call the miscount masking effect. A statistical analysis based on the masking effect showed that them-value decreases more effectively as the AE rate increases, and thus the masking effect is a possible origin both for the nonlinear frequency distribution of maximum AE amplitudes and for the negative correlation ofm-value with AE rate. We emphasize that one should be careful of the masking effect to examine correctly the change, ofm-value. In order to eliminate the masking effect, AEs should be measured by a measurement system with low sensitivity. Even if the masking effect is eliminated, them-value decreases before the main fracture of a rock sample. Them-value is a key parameter to predict the main fracture.