高应力巷道围岩板裂−岩爆模拟试验及声发射频域研究
作者：
常新科, 吴顺川, 程海勇, 代风, 张侦锐
作者单位：
1. 昆明理工大学 国土资源工程学院, 云南 昆明 650093
2. 自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室, 云南 昆明 650216
3. 云南省高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室, 云南 昆明 650216
摘要
为了揭示高应力环境下巷道围岩的板裂−岩爆破坏机制, 针对深埋巷道赋存的“高地应力+应力调整”环境, 在实验室内对含圆形通孔的灰岩试样进行真三轴试验。试验过程中, 采用微型摄像机和声发射监测系统记录试样孔洞产生的宏观破坏现象及其内部微观损伤释放的瞬态弹性波。通过快速傅里叶变换将声发射波形从时域转换到频域, 建立了表征频率能量迁移特性的FR参数, 重点研究了巷道围岩的板裂−岩爆破坏过程及其对应的声发射频域信息演化规律。研究结果表明: 巷道围岩的板裂−岩爆破坏过程可分为平静阶段、小颗粒弹射阶段、板裂剥落阶段和岩爆喷射阶段; 在板裂−岩爆过程中, 垂直应力引起的张性破坏和水平应力引起的剪性破坏共同作用, 导致了“V”形岩爆坑的形成; 通过声发射峰值频率和频率质心可将信号进一步分为低频信号、次低频信号、次高频信号和高频信号, 分别对应岩石内部不同的裂纹尺度和破坏模式; 不同频率信号的共现现象和FR参数的阶跃特征, 反映了岩石内部结构的剧烈变化; 岩爆的发生主要取决于围岩的应力状态和岩体的储能极限, 板裂作为岩爆的充分不必要条件, 促进了岩爆的演化。
图片
图 1 灰岩试样
图 2 试验现场
图 3 试样初始应力状态及真三轴试验加载路径
图 4 灰岩试样真三轴试验实际加载应力路径
图 5 灰岩试样孔洞损伤破坏演化过程
图 6 灰岩试样洞壁板裂−岩爆破坏形态
图 7 同一声发射事件诱发的波形集合
图 8 声发射信号频域信息提取过程
图 9 声发射信号频域信息分布特征
图 10 各类信号归一化频率质心占比统计结果
图 11 声发射信号频域信息演化特征
图 12 第19 s声发射信号时−频演化特征
图 13 第1500 s声发射信号时−频演化特征
图 14 第2060 s声发射信号时−频演化特征
作者简介
第一作者简介：
常新科(1994—)，男，甘肃嘉峪关人，博士研究生，主要从事岩石力学试验与岩石类材料声发射技术方面的研究。主持博士研究生拔尖创新人才项目1项，以第一作者或通讯作者累计发表学术论文15篇，授权发明专利1项，授权实用新型专利1项，登记软件著作权1项。
本文引用格式
常新科, 吴顺川, 程海勇, 等. 高应力巷道围岩板裂−岩爆模拟试验及声发射频域研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2024, 6(6): 063025. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.yszt-1022
CHANG Xinke, WU Shunchuan, CHENG Haiyong, et al. Experimental study and acoustic emission frequency domain analysis of spalling-rockburst in high-stress tunnel surrounding rock[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2024, 6(6): 063025. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.yszt-1022
