岩石Kaiser效应测地应力原理中的若干问题研究

该文通过对几种不同类型岩石的实验研究，提出了关于在围压条件下影响岩石Kaiser效应的若干问题，分析了它们的声发射特征，为深部地应力测量提供了一种新的解决方法。     

声发射测量地应力方法中Kaiser点确定方法的优选与分析

准确确定Kaiser点是研究声发射测量地应力的关键.通过对模拟岩心的水泥块进行单轴受压破坏过程的声发射试验,得到了试件在试验过程中的应力-应变曲线、应力、声发射强度、声发射累积数与时间的关系图.分别对试样用突变点法、最大曲率法、双切线法、重加载法（抹录不尽现象、两次加载相减法）、多方面综合判定法以及声发射强度信号的统计分析法进行了分析.从不同的方面认识了试样的Kaiser点的特性,总结并分析了确定Kaiser点的方法以及各自的适应性,并进行了优选.研究表明,试验确定了试样的物理特性,各种方法都能从不同角度和机理上解释Kaiser点现象,综合判定法能相对更加全面、准确地确定Kaiser点.     

利用岩石声发射效应测定海孜煤矿地应力

对海孜矿区宏观地应力进行了理论分析,介绍岩石声发射技术进行地应力测试的基本原理和方法。通过对海孜矿区井田内9个特殊方向定向岩心取样,进行声发射试验,得到了各方向的单向正应力值,各测点的主应力值均为压应力,说明海孜矿区为构造应力场型;再利用地应力计算公式求出3个主应力的大小和方向。试验结果与实际结果基本吻合。     

声发射Kaiser效应在地应力测量中的应用现状

对近20年来岩石声发射测量地应力的研究现状进行了分析,介绍了声发射的原理和机理及试样的空间定位方法。利用弹性力学原理推导了声发射方法测定地应力的空间6向和4向的计算过程,对应有两种常用的取样方式。系统地阐述了影响声发射地应力测量的因素、Kaiser点的确定方法以及信噪处理技术,简单介绍了不同于传统利用声发射测量地应力的另外两种方法。对声发射测量地应力中存在的问题和研究趋势进行了分析。     

基于小波包分析的岩石声发射测量地应力

根据目前岩石声发射确定Kaiser点存在的问题采用小波包分析研究方法,在单轴加载岩石声发射试验的基础上,首先提出了基于小波包变换的Kaiser点信号的信噪分离方法,其次确定了Kaiser点信号的频率范围,最后利用小波包分析对岩石声发射信号的能量分布特征进行研究,得到了砂岩Kaiser点信号的特征频带。结果表明,小波包分析是处理岩石声发射Kaiser点信号的一种有效的方法,进而为AE法测量地应力确定Kaiser点奠定了一定的试验基础。     

以声发射估计岩石试样先存应力的新方法

利用声发射话动的凯塞（Kaiser）效应测定岩石先存最大应力已成为声发射技术的重要应用领域。目前,判断岩石凯塞效应对应应力的方法仍被重视。作者在研究岩石在单轴压缩条件下的声发射话动时发现:除了通过凯塞效应可测定岩石的先存最大应力之外,还可根据重复加载时声发射话动的某些特点推断出加载前的先存最大应力,从而进一步验证和提高了利用凯塞效应测定先存最大应力的可靠性。重复加载时声发射话动在一定技术条件下会出现这样的特点:在应力达到第一次加载的最大应力值时出现凯塞效应;而在此之前,当应力达到加载前岩石的先存最大应力值时,声发射话动相对其前后有所特殊。作者认为,这种现象可能反映了材料对先前经历过的损伤的记忆能力。本文初步探讨了这一现象的物理基础。     

测量地应力的新方法

论述了用赤平投影学方法分析确定地应力的主方向，用Kaiser效应测量地应力大小。将两者有机结合起来可以克服Kaiser效应测量地应力时，主应力方向难以确定的最大缺点。通过和传统现场地应力测量方法比较，表明该法具有更为简单，更为经济，准确度高等优点，便于大量测量，以寻求工程地区地应力变化规律。     

岩石声发射Kaiser点信号频带能量分布和分形特征研究

通过单轴加载岩石破坏全过程声发射试验,根据Kaiser效应原理采用参数法确定了Kaiser点.在此基础上,首先采用小波包频带分解方法,对岩石声发射Kaiser点信号的能量分布特征进行了研究,分析了砂岩声发射信号的不同频带能量分布规律,得到了Kaiser点特征频带能量百分比大于相邻点的重要结论.其次,采用G-P算法计算了声发射过程关联分维数,结果表明声发射过程不仅具有分形特征,而且Kaiser点声发射信号关联分维数小于其相邻点,其结论可作为通过波形分析识别Kaiser点的特征.     

塔北油区岩石声发射全过程曲线类型及特征

本文讨论了岩石试样在加载全过程中的声发射特征、不同岩石声发射全过程曲线的分类以及类型的确定方法;对新疆塔里木盆地北部油区井下和地表试样进行了统计、分类,确定出该油区泥岩、砂岩声发射全过程曲线存在Ⅰ、Ⅲ两种类型;白云岩、灰岩、玄武岩声发射全过程曲线具有Ⅰ型特征。      

利用定向岩心进行AE法原地应力测量

在北京市房山区迎风坡花岗闪长岩300m深钻孔中,采用以水泥端帽法为主的岩心定向技术,并在钻进和取心过程中采取特殊措施,在钻孔中距地表25m~301m整个深度段内取得了直径86mm的定向岩心。对深度294m的定向岩心进行了声发射Kaiser效应试验。岩石试件为圆柱形,直径30mm,高度75mm.在垂直方向,利用声发射Kaiser效应估计的垂直主应力为7.7MPa;在294m岩体静岩压力为7.9MPa;两者基本相同。在水平面内,对4个方向的试件进行声发射Kaiser效应试验,得到相应的各个方向的压应力,由此估算的水平最大和最小主应力分别为21.2MPa和12.1MPa.水平面内最大主应力的方向基本为SN方向。将声发射Kaiser效应测量结果与水压致裂法的测量结果进行对比,二者具有很好的一致性。      

时间延迟对劈裂试验条件下岩石凯塞效应的影响

验证了粗晶花岗岩在劈裂试验条件下凯塞效应的存在性。进行了循环加卸载时间间隔分别为2、15d和45d时岩石的声发射试验,讨论了时间延迟对花岗岩凯塞效应的影响。研究结果表明,前期荷载越接近极限强度,岩石的凯塞效应越不明显;凯塞效应随再次加载时间延迟的增加而削弱,在对花岗岩的声发射试验中观察到15d以后岩石的凯塞效应仍然很显著,45d后凯塞效应基本消失。文中同时对试件与加载设备之间的接触状态对声发射试验结果的影响作了初步的定性分析。     

In-situ rock stress measurement from rock cores using the acoustic emission method and deformation rate analysis

In this study the possibilities of the acoustic emission (AE) technique and deformation rate analysis (DRA) were investigated to measure in situ rock stress. The rock cores were obtained from three vertically drilled exploratory boreholes from the surface and one borehole drilled from within an underground coal mine. The AE method was found to determine in situ rock stress with reasonable accuracy using AE signatures in repeated loadings of a rock core specimen. Based on the results of in situ stress estimation from the AE method, the time interval, up to seven years, did not strongly influence the previous stress determination using the AE method. Cored rock recollected the in situ stress condition reasonably well (within ±10%), when compared to the results from over coring and hydraulic fracturing technique. Also, there was significant correlation between overburden pressure and estimated vertical stress from the AE method.     

基于声发射的岩石破裂应力场动态反演

为获取岩石在破裂过程中的动态应力场,首先进行室内物理试验获取声发射数据,在此基础上基于能量耗散原理,利用实测声发射信息建立起岩石细观损伤表征方程,并通过FLAC3D内嵌FISH语言进行二次开发,自动搜索声发射损伤影响范围内岩石单元并对其力学参数进行弱化,计算得到较为真实的岩石破裂动态应力场。结果表明,计算得到的岩石破裂应力场与实测结果有良好的对应关系,验证了岩石细观损伤表征方法的合理性。同时,获得的岩石动态破裂应力场不仅可以从岩石力学的角度解释破坏产生的原因,也对预测岩石下一步破坏具有指导意义。但这种方法仍具有一定的局限性,需要进一步的探索研究。     

岩体的声发射特征试验研究

在单轴压缩条件下,讨论了4种岩石的声发射特征;在静态胀裂剂作用下,讨论了岩体的声发射特征。研究表明,在低应力阶段,岩石几乎没有声发射活动,一般当强度达到80 %以上,即临近破坏时,声发射活动才显著增加;岩体破坏的声发射过程分为4个阶段,即初始区(Ⅰ)、剧烈区(Ⅱ)、下降区(Ⅲ)和沉寂区(Ⅳ);有的岩石的凯瑟效应不明显;岩石的声发射主频与岩石的强度有关,强度越高,主频也越高;随着应力的增加,岩石的声发射主频不会平移;应用1 kHz的探头,能满足工程岩体的稳定性分析和冒落预报的要求。     

岩石声发射混沌特征分析

岩石等脆性材料在加载过程中,随着荷载的增加,材料内部的微裂纹产生、扩展并伴随着声发射现象的发生。声发射是研究脆性材料破坏的良好工具。对砂岩、细砂岩和高丽山砂岩3类岩石进行了声发射试验,记录了加载及破坏过程中产生的声发射信号,并且采用混沌动力学理论研究了3类岩石的声发射活动规律,计算了岩石的关联维数和最大Lyapunov指数。研究结果表明,岩石加载及破坏过程具有混沌特征,用相空间重构法可以较好地揭示岩石破坏过程的动力学特征,这为混沌理论在岩石、岩体声发射其他领域的研究及应用奠定了基础。