基于多频率岩石声发射事件宏微观形成机制研究

Acoustic emission event space positioning technology is widely used in rock engineering disasters and laboratory rock failure mechanism and so on, but the temporal and spatial distribution characteristics of the similar rock acoustic emission events show diversity, and the complexity and diversity are more obvious in the engineering. The essence of this phenomenon is the lack of understanding of the formation mechanism of acoustic emission events, acoustic emission and property of the rock are directly related, which is very sensitive to the macro and micro structure of rock, and the sensitive macro and micro defect scales of different frequency of acoustic emission are different, so the formation mechanism of the acoustic emission events can not be overall and factually revealed only depending on a single acoustic emission frequency. Based on this, the characterization method of macro structure of original cracks and prefabricated cracks by CT scanning is established in this project,by SEM and X-ray diffraction method, original and after loading micro characterization of the rock is established, and macro and micro structure characterization of different scales are realized. By the acoustic emission systems of different frequencies, the temporal and spatial distribution characteristics of the acoustic emission with different frequencies are established, the relationship of AE parameters characteristics and characteristics of temporal and spatial distribution and different scale original cracks and prefabricated cracks and mineral composition of the rock and the micro structure and micro failure form are established, the formation mechanism of rock acoustic emission events based on multi-frequency and multi-scale and is revealed.

声发射事件空间定位技术在岩体工程灾害及实验室岩石破坏机理研究等方面应用十分广泛，但同类岩样的声发射事件时空分布特征表现出多样性，且在工程中这种多样性和复杂性更加明显。这个现象反映的本质其实是对声发射事件形成机制认识的不足，声发射与岩性本身属性是直接相关的，其对岩石宏微观结构是十分敏感的，且不同频率声发射的敏感宏微观缺陷尺度是不同的，只有建立起不同频率声发射与岩石宏微观结构间的关系，才能揭示声发射事件的形成机制。基于此，本项目通过CT扫描建立原生裂纹和预制裂纹等宏观结构的表征方法，应用电镜扫描和X射线衍射方法建立岩石原生和受载后的微观表征，实现不同尺度宏微观结构的表征。通过宽频声发射系统建立不同频率声发射时空分布特征，建立声发射参数特征和声发射事件时空分布特征与不同尺度原生裂纹、预制裂纹及岩石矿物组成、原生微观结构和微观破坏形态之间的关系，从多频率、宏微观上揭示岩石声发射事件的形成机制。

在岩石声发射特性试验研究中，往往得到一些同类岩样的声发射事件时空分布特征不同，出现难以解释和总结共性的现象，这主要是因为声发射与岩石本身属性是直接相关的，其对岩石微观结构是十分敏感的，复杂的微观结构导致在同类岩样的声发射实验中出现了难以解释和总结共性的现象。在不同尺度试样的实验中，声发射的敏感宏微观缺陷尺度不同，从而导致观测目标频率不同，不同频率声发射事件时空分布特征是有所区别的，其反映了对声发射事件形成机制认识的不足，只有建立了不同频率声发射事件与岩石宏微观结构之间的关系，才能较准确、全面、真实的揭示声发射事件的形成机制。.因此，本研究开展了声发射多频率、宏微观缺陷多尺度下的声发射事件与岩石宏微观结构之间关系的研究，建立了声发射参数特征、声发射事件时空分布特征与原生裂纹、预制裂纹及岩石矿物组成、原生微观结构和微观破坏形态之间关系，从多频率、宏微观上揭示岩石声发射事件的形成机制。得到如下一些成果：.①建立了多频段声发射探头类型的选择方法，研制了能够得到岩石的全应力-应变曲线的非接触式的岩石破坏多频率声发射和CT采集系统及方法。②在数字岩心模型重建过程中使用基于最大类间方差法和分水岭算法的阈值分割方法将岩石的骨架、主要矿物成分、孔隙三相分割并组合重建为利于定量分析的数字模型。③镜面区是声发射事件形成的根源，其对应的颗粒间的滑移以及岩石内部微裂隙共同作用产生的破坏能够形成声发射事。④黄砂岩受载破坏过程主频有较明显的分段，主要集中在98KHz-102KHz，148KHz-150KHz，225KHz-250KHz，270KHz-280KHz，290KHz-320KHz这5个频段，不同频段主频信号数量及分布的变化是岩石内部不同破坏类型以及应力状态的反应。研究成果对声发射技术在工程动力灾害的监测预测等方面的应用具有重要的理论和实际意义。

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