红砂岩破坏过程声发射震源演化规律及其主频特征

作者

龚囱包涵王文杰钟文许永斌赵奎曾鹏
单位

江西理工大学资源与环境学院，江西赣州北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京
摘要

采用 GDS VIS 400 HPTAS 三轴流变仪与 PCI-2 声发射系统，对红砂岩进行了单轴压缩条件下声发射震源定位试验，以矩张量分析方法为主要分析方法，研究了红砂岩破坏过程中剪切型、张拉型与混合型声发射震源空间分布特征与演化规律及其对应的主频特征，提出了基于累计声发射震源数非线性增长特征的起裂应力与损伤应力估测方法，与基于微裂纹非稳定发展阶段震源主频特征的岩石破坏预测方法。研究结果表明:在微孔隙压密阶段声发射震源分布远离试件的轴线，主要分布于试件上、下两端面附近。在弹性至微裂纹稳定发展阶段声发射震源遍布整个试件，并且具有向试件中心发展的趋势。在微裂纹非稳定发展阶段，声发射震源主要集中于试件中上部与中下部。不同类型震源演化规律与加载应力大小有关。当加载应力大于起裂应力但小于损伤应力时，剪切型震源迅速增长;当加载应力大于损伤应力时，张拉型与混合型震源进入相对快速增长期，并且剪切型震源快速增长起始应力与张拉型、混合型震源快速增长起始应力，分别与起裂应力、损伤应力具有良好的对应关系。在红砂岩破坏过程中，剪切型、张拉型与混合型震源的主频范围主要位于 0 ~ 50，100 ~ 150 与 250 ~ 350 kHz。在微裂纹非稳定发展阶段，仅剪切型震源存在 200 ~ 250 kHz 信号，该特征可作为单轴压缩条件下红砂岩破坏的前兆特征。研究结果在一定程度上验证了在岩石破坏过程中不同类型震源具有不同的主频特征，可为基于声发射监测的岩石破坏预测方法研究提供参考。
引用格式

龚囱，包涵，王文杰，等. 红砂岩破坏过程声发射震源演化规律及其主频特征[J]. 煤炭学报，2022，47(6):2326-2339.
GONG Cong，BAO Han，WANG Wenjie，et al. Evolution law and dominant frequency characteristics of acoustic emission sources during red sandstone failure process[J]. Journal of China Coal Society，2022，47(6):2326-2339.