基于颗粒流的两种黏结强度不同分布的岩石声发射平静期机理研究

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lanqishi1989
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声发射平静期是岩石破坏前的重要前兆特征,岩石内部结构的复杂性导致不同岩石的声发射平静期也有差异,为了研究声发射平静期产生的机理及影响因素,对花岗岩试件进行了单轴压缩试验和电镜扫描,并获取了相关参数。在此基础上,采用颗粒流程序PFC2D,构建了12种强度为其他区域50%的随机分布、规则分布岩石模型,重点分析了岩石强度异常区分布与声发射平静期的关系。主要研究成果如下:
  (1)根据中细粒二长花岗岩单轴压缩声发射试验结果,选取了具有明显平静期的岩石试件作为确定模型细观力学参数的依据,采用 PFC2D软件建立了初始颗粒流模型,并分析了模型细观力学参数对宏观力学参数的影响规律:黏结刚度比与泊松比呈正比,弹性模量随着有效模量E*的增加而增加,平行黏结强度σ?c与单轴抗压强度呈正相关关系。
  (2)借鉴矩张量理论编写PFC模拟声发射算法,并应用于颗粒流模型中。
  (3)利用不规则凹凸多边形随机构建方法,采用 PFC2D软件建立了 5%~45%面积占比强度异常随机分布岩石模型,模拟了单轴压缩声发射试验,得到了裂纹分布及声发射参数变化规律。随着强度异常区面积占比上升,裂纹从集中分布转为弥散分布,声发射平静期历时减短。声发射平静期出现前,5%面积占比强度异常岩石模型中单个声发射事件包含的裂纹数为 1~22 条,45%面积占比强度异常岩石模型中单个声发射事件包含的裂纹数为1~6条,说明岩石内部强度异常区域面积越小,越容易产生较大的声发射事件,声发射平静期现象越显著。
  (4)建立了5%面积占比中心区域、45%面积占比中心区域及45%面积占比贯通区域强度异常规则分布的3种岩石模型,进行了单轴压缩声发射试验模拟,得到了裂纹分布及声发射参数变化规律。模拟试验加载过程中声发射事件主要集中在强度较小的区域,该区域最早发生破坏。岩石模型中强度异常区域破坏时间与其整体破坏时间存在一定的时差,5%面积占比中心区域、45%面积占比贯通区域的强度异常岩石模型中存在明显的声发射平静期现象,45%面积占比中心区域强度异常岩石模型中声发射平静期现象不显著,说明规则分布的强度异常区会影响模型整体的破坏过程,导致声发射平静期的显著程度存在差异。
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