基于声发射的含锚固缺陷节理试样单轴压缩破裂机制研究
作者:
占赛, 关凯, 朱万成, 张鹏海, 周健毓
作者单位:
东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819
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摘要
锚固缺陷会弱化锚杆对节理岩体的支护效果,为探究锚固缺陷对锚固节理试样的锚固效应,对含不同锚固缺陷的锚固节理试样开展了单轴压缩试验,结合声发射、分布式光纤和DIC监测技术,分析了试样在不同破裂演化阶段时的声发射信息,得到了其破裂前兆特征。研究结果表明:锚固缺陷的存在降低了锚固节理试样的单轴抗压强度、峰值应变和声发射能量释放;在加载后期全长锚固节理试样声发射主频的高、低频信号都出现了增长,锚固缺陷试样主要是声发射主频的高频信号增长,且中间缺陷较端部缺陷会出现更高频段的声发射主频;全长锚固节理试样沿节理发生宏观剪切破坏;中间锚固缺陷试样的锚杆对裂纹控制作用较为迟缓,沿着节理发生宏观拉伸破坏;当锚固缺陷在试样一侧时该侧锚杆的变形大于对称侧,节理尖端的反翼裂纹向锚固缺陷一侧发生偏转并与锚固缺陷贯通,最终导致试样发生失稳破坏。持续高能的声发射能量释放,声发射峰值频率分布主频段增加,峰值频率呈降低趋势,声发射b值整体呈波动降低趋势,可作为试样发生失稳破裂的前兆特征。研究成果可为锚杆在节理裂隙岩体中的支护加固提供参考。
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图 1 锚固节理试样的制作过程及其几何参数
图 2 锚固节理试样示意
图 3 试验系统及监测设备布置
图 4 单轴压缩条件下试样的应力-应变关系
图 5 单轴压缩条件下试样应力和声发射
特性与时间的关系曲线
图 6 单轴压缩条件下试样应力和声发射频率特性
与时间的关系曲线
图 7 单轴压缩条件下试样声发射 b 值、锚杆变形及应变场随时间的演化规律
图 8 锚杆特定点位置的选取示意
作者简介
通讯作者简介:
关凯(1989—),湖北潜江人,东北大学副教授。主要从事围岩变形预测与控制方面研究,发展了岩体参数精细化表征与建模技术,提出了测模结合的矿山岩体致灾过程分析方法,构建了软破矿岩两体相互作用理论体系,搭建了矿山工程地质灾害风险监测预警云平台,并付诸工程应用,为金属矿山突害防控提供技术支撑。主持国家级项目2项、省部级项目3项;发表学术论文54篇(35篇被SCI收录),以第一或通讯作者发表论文21篇。出版著作2部,申请发明专利31项,其中授权8项,3项专利实现科技成果转化;荣获省部级科技奖励5项、辽宁省高校教师教学创新大赛二等奖、全国高校(智能)采矿工程专业青年教师讲课比赛二等奖和东北大学优秀指导教师,获得中国冶金教育学会优秀博士学位论文奖和东北大学优秀博士后荣誉称号,受邀担任SCI期刊特刊客座主编,担任多个中英文期刊青年编委;编写的《应用岩石力学》入选普通高等教育“十四五”规划教材。
占赛(1999—),江西抚州人,硕士研究生,主要从事节理岩体锚固机理研究工作。
本文引用格式
占赛, 关凯, 朱万成, 等.基于声发射的含锚固缺陷节理试样单轴压缩破裂机制研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2024, 6(4):043038.
ZHAN Sai, GUAN Kai, ZHU Wancheng, et al. Investigation on fracture mechanism of anchored rock with anchor defect and existing joint under uniaxial compression based on acoustic emission[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2024, 6(4): 043038.