快乐飞艇平台上:接待您拜候长沙鹏翔电子科技无限公司声发射分站

手艺操纵

您以后的地位:首页手艺操纵

抢先的声发射装备焦点供给商

手艺操纵

煤岩组合布局失稳滑动进程的尝试研讨

宣布日期:2018-01-07 16:31    阅读次数:次

    磨擦景象在地学范畴遭到遍及存眷,一方面磨擦景象遍及存在于各类标准的地质活动中,小到节理裂隙,大至板块活动,都存在着地质磨擦景象;另外一方面在地动研讨中,磨擦景象中的黏滑被以为是机关地动的一种发朝气制;这两个方面的缘由促令人们对岩石磨擦景象的研讨成为机关物理学和震源物理学的关头题目[1] 。自岩石黏滑景象可作为浅源地动的一种机制[2] 这一概念被提出以来,地动学者们经由进程岩石磨擦尝试对黏滑失稳进程停止了遍及深切的研讨[3-5] ,并慢慢引入了浩繁进步前辈的尝试手腕和察看装备。
    矿山开采中,开采引发断层两盘的绝对活动,任务面煤体和顶底板间的绝对活动,也都存在着磨擦滑动景象,是以,在打击地压特别是布局失稳型打击地压发朝气理的研讨中,有学者引入了黏滑失稳实际[6-7] ,以为此类打击地压是因为扰举措用使得不持续面间的黏附磨擦转变为滑动磨擦从而产生能源失稳的景象。对引入黏滑实际的煤岩能源失稳机理的研讨学者们表现出了稠密的研讨乐趣[8-11] 。尝试研讨方面,对岩石资料的磨擦尝试方式有直剪法、三轴尝试法、双向磨擦法和双面剪切磨擦法。三轴尝试法能够或许或许施加很高的正应力,但因为磨擦进程中打仗面积不时变更,并且试件能够或许或许在尝试进程中产生转变,打仗面应力状况难以肯定,滑动位移不易间接丈量。有学者用三轴加载装配对3 种煤岩试样停止了磨擦滑动尝试[12] ,从加载进程的应力演变角度阐发了煤岩失稳滑动纪律,受尝试前提的限定,所能施加的监测手腕绝对无限,对失稳滑动前后试样变形特色和布局面错动位移纪律并未触及。位移场的研讨是煤岩滑动失稳题目研讨的一项主要内容,它能更直观地反应煤岩布局面的变形和活动情势,便于阐发布局面失稳错动的机理。
    本文彩用双轴加载体系对砂岩-煤组合试样停止双面剪切磨擦尝试,双面剪切磨擦法在尝试进程中具备打仗面积不变的特色,滑动面上的应力状况轻易肯定,同时能够或许或许允许较大的滑动位移,位移量能够或许或许间接监测。尝试操纵数字散斑相干方式和声发射手艺,对断层位移场的时空演变纪律和失稳滑动进程陪同显现的声发射景象停止研讨。煤层及相干岩石磨擦题目的深切研讨对阐发布局失稳型打击地压机理具备主要意思。

1 双面剪切磨擦尝试
    尝试在岩石双轴加载尝试机上停止,尝试机在竖直标的目的和程度标的目的具备自力油缸和加载机构,能知足两个正交标的目的的自力加载,尝试加载装配如图1(a)所示。

                                   图1 尝试加载装配及样本
A—轴向加载端;B—轴向反力端;C—程度加载端;D—程度反力端
    装载后的样本如图1(b)所示,中心为煤样、高低两头为砂岩试样。试件粗加工以后用300 号金刚砂停止邃密研磨,中心煤试件尺寸为100 mm×25 mm×25 mm,两头砂岩试件的尺寸为60 mm ×35 mm ×25 mm,滑动面的规模为60 mm×25 mm。图中A,C端为加载端,B,D 端为牢固位移的反力端,垫块之间、垫块与试样之间涂有凡士林,避免垫块产生不不变滑动。
    界说竖直加载标的目的为轴向,程度加载标的目的为剪切标的目的。尝试时起首施加轴向应力,迟缓加载至设想值,对尝试机接纳负荷节制情势,使其坚持轴向应力设想值不变;而后接纳位移节制情势加载剪切应力,察看尝试中显现的磨擦滑动特色;最初当样本组合布局产生粉碎、试样显现屡次失稳滑动、中心试件的剪切位移到达尝试机加载路程极限等任一前提到达时即判定尝试竣事。
    尝试样本中砂岩密度2. 5 g/ cm3, 弹性模量23. 8 GPa,泊松比0. 19,单轴抗压强度82. 1 MPa。煤密度1. 4 g/ cm3,弹性模量3. 4 GPa,泊松比0. 16,单轴抗压强度23. 6 MPa。共停止5 组试样的尝试,各组尝试的前提见表1。
                                                      表1 尝试前提与成果

    试样后外表布设2 个声发射探头,用于搜集试样磨擦滑动进程的声发射特色参数;接纳数字拍照手艺收罗尝试进程中试件前外表的图象信息,操纵数字散斑相干方式阐发滑动面四周相干地区的位移纪律和试件的滑动特色。尝试前对体系停止计时校准,保障各监测体系数据收罗时候的严酷分歧。
    5 组尝试中2,3,5 号试样显现失稳滑动,1,4 号试样不变滑动,试件滑动进程中的一些特色参量见表1。因为篇幅无限,以具备代表性的两组尝试:产生不变滑动的1 号尝试和产生失稳滑动的5 号尝试为例,对尝试中显现的应力纪律、位移场演变和声发射特色做进一步阐发。两组尝试的尝试加载曲线如图2所示。

2 煤岩布局磨擦滑动特点
 
2. 1 滑动位移察看方式
    滑动位移测点设置地位如图3 所示,位移监测点相称于一个假造位移计[13] ,经由进程散斑图象的对照阐发,能够或许或许取得位移计两头的程度及竖直标的目的的位移量,由此就能够或许经由进程假造位移计反应测点处试件的滑动位移。假造位移计的设置方式以下:在滑动打仗面两侧拔取两个对称点,如图3 中所示的P1 和P2 点,P1和P2 之间间隔为8 mm,别离以P1 和P2 点为中心拔取阐发地区,以此地区作为婚配方针在一切图象中停止婚配,取得P1,P2 点在每张图象中的坐标,与其初始图象中的坐标的差值作为P1 点和P2 点的位移,P1,P2 两点在x 标的目的的位移差则表现打仗面两侧试样的错动量,也即中心煤样的滑动位移。
                                   图2 尝试加载曲线

                                图3 位移测点道理表现
2. 2 不变滑动进程阐发
    1 号试样,轴向荷载5 MPa,尝试进程未显现较着的失稳滑动。应力、滑动位移随时候的演变曲线如图4(a)所示。根据中心煤试件的活动情势可将加载进程分为3 个阶段,I 为安静阶段,自剪切应力加载至峰值应力前,试件的剪切位移未显现较着变更,剪切应力不变增添;II 为加快活动阶段,剪切应力到达1. 7 MPa 时,试件由活动转为滑动,滑动速率迟缓增添,在加快活动阶段, 用时108. 5 s, 滑动位移36. 8 μm; III 为不变滑动阶段, 当剪切应力到达2. 3 MPa 时,试样实现加快进程,并起头不变滑动,滑动速率2. 7 μm/ s。
    绘制曲线上A,B 两点处试件布局的位移场云图如图4(b)和(c)所示,阐发地区为图3 中标示的乐趣地区,云图反应了试件布局产生滑动前后的变形和位移特色。从图4(b)看以看到中心煤样的变形在空间上散布的不平均性,打仗面四周变形的不平均性间接反应了打仗面上变形能散布的不平均性,这类不平均性会增添滑动进程的庞杂性;左端加载真个变形量较着大于右端,与单一试件的紧缩加载类似;组合布局的变形场具备持续性,即打仗面上、下砂岩与煤的变形坚持持续,申明在产生滑动前,组合布局的变形调和;跟着剪切荷载的持续增大,当试件显现滑动以后,打仗面上积储的变机能得以开释,部分变形规复,打仗面四周的变形场变得平均,位移等值线类似平行散布,如图4(c)所示。

                                     图4 1 号试样位移演变特色
    图5为试件声发射能量值和滑动位移随加载进程的变更纪律,为表述便利,图中依然标示了根据试件活动情势分别的3 个阶段。在慢慢增添剪切应力的进程中,打仗面上强度较低的高低咬合部位起首显现粉碎,开释的应力波被声发射仪记实,表现为I阶段前期的低能量值声发射事务;跟着剪切应力的进步,个体强度稍高的咬合点生效,陪同显现了单发型高能量值的声发射事务,I 阶段末期,打仗面上大规模结打仗部位生效,陪同能量不等的声发射事务麋集显现;进入到II 阶段时,如图5 中矩形框中所标示,声发射事务加倍麋集,并且声发射能量强度程度变得更高;而进入到III 不变滑动阶段时,打仗面的性状和应力散布趋于平均,声发射事务的能量慢慢下降,试件显现不变活动状况。

                                      图5 1 号试样剪应力声发射曲线
2. 3 失稳滑动进程位移及声发射特色
    5 号试样, 轴向荷载12 MPa, 剪切应力到达3. 3 MPa 时产生一次失稳滑动, 产生应力降0. 25 MPa,滑动位移23. 4 μm;在显现失稳滑动之前,剪切应力不变增添,试件位移根基无变更,对应图6中I 阶段;产生失稳滑动以后剪切应力持续增添,应力到达4. 4 MPa 时,进入不变滑动状况,对应图中III阶段,滑动速率5. 0 μm/ s;图中II 为失稳滑动后,还未进入不变滑动状况的过渡阶段,并存在两个速率变更区:① 为速率削弱区,由高速的失稳滑动削弱为低速滑动;② 为速率增添区,由低速滑动增添为疾速不变滑动,II 阶段的平均滑动速率为1. 4 μm/ s,低于不变滑动时的位移速率。

                                   图6 5 号尝试剪应力位移演变曲线
    在剪切应力到达4. 4 MPa 时,应力-时候曲线上显现了一次0. 15 MPa 的应力降,但位移-时候曲线上并未显现响应的变更,申明应力降并非由试件的失稳滑动引发,而应是试件的部分粉碎引发。
    5 号试样加载进程陪同的声发射纪律如图7 所示,失稳滑动前、后都显现了一段比拟麋集的声发射事务。在I 阶段前期,即剪切加载早期,声发射事务少、能量低,I 阶段末期声发射事务数和能量值下降;失稳滑动前后,低能量值的声发射数下降,II 阶段中期声发射进入绝对安静期,声发射事务较着削减,II阶段前期是试件由不不变滑意向不变滑动转变的加快活动阶段,对应图6 中的b 阶段,此阶段的声发射事务较着增加,高能量值的声发射事务变得频仍;进入III 阶段后,不变滑动状况下的声发射事务能量较着下降。

                                   图7 5 号尝试剪应力声发射曲线
2. 4 煤岩组合布局的滑动纪律
    取试样产生初始滑动时的剪切应力和轴向应力,绘制试样磨擦强度的特色曲线如图8 所示。砂岩-煤试样组合布局的磨擦强度线性回归后能够或许或许表现为

式中,τs 为失稳滑动时的剪应力,MPa;σ 为布局轴向应力,MPa。

                                             图8 砂岩-煤磨擦强度特色
    一样,对显现失稳滑动的3 组试样,阐发其失稳滑动时的剪应力与轴向应力的干系,以5 号试样为例,其与轴向应力的干系可用式(2)表现,公式合用于不变滑动阶段,对应图6 中第III 阶段。

式中,τw 为不变滑动时的剪应力。
    由以上成果能够或许或许看出,砂岩-煤组合试样的磨擦尝试中,不变滑动时的磨擦因数小于失稳滑动的磨擦强度系数,申明组合布局在磨擦滑动进程中,打仗面性子产生了变更,致使磨擦因数转变,这从失稳滑动前后的滑动速率变更一样能取得考证,磨擦因数的转变致使差别的磨擦滑动情势。
 
3 结  论
(1)接纳双面剪切尝试模子,共同操纵数字散斑相干方式阐发煤岩布局的滑动磨擦特点便利可行,丈量精度高,能够或许或许便利地停止测点或全场位移的阐发。
(2)煤岩布局的滑动失稳进程能够或许或许分为3 个阶段:安静期、加快期和不变期;安静期积储应变能,试件并无较着滑动位移产生,安静阶段前期有较为麋集的声发射显现;加快期是布局由活意向活动的过渡阶段,也最易显现失稳滑动,滑动位移呈加快趋向,声发射频度和能量值都较高;不变期试件不变滑动,剪切应力和滑动速率根基恒定,声发射趋于安静。
(3)经由进程5 组差别轴向压力感化下的砂岩-煤试样的双面剪切磨擦尝试察看到了失稳滑动、不变滑动等磨擦滑动景象。尝试取得的砂岩-煤组合布局的磨擦强度系数为0. 3049,不变滑动时的磨擦因数为0. 2423。

称谢:感激山东科技大学岩石蠕变尝试室赵同彬副传授、张泽博士、尹延春硕士、陈璐硕士等在尝试实行进程供给的赞助。

参考文献:
[1] 耿乃光. 地学范畴的磨擦尝试研讨[J]. 光滑与密封,1987(6):21-26.Geng Naiguang. Experimental investigation of friction in Earth Science[J]. Lubrication and Seal,1987(6):21-26.
[2] Brace W F,Byerlee J D. Stick-slip as a mechanism for earthquakes[J]. Science,1966,153:990-992.
[3] 马成功,刘力强,马 瑾,等. 平均和非平均断层滑动失稳成核进程的尝试研讨[J]. 中国迷信(D 辑:地球迷信),2003(S1):45-52.Ma Shengli,Liu Liqiang,Ma Jin,et al. Experimental research on nucleation process of uniform and non-uniform fault slip instability[J]. Science in China(Series D:Earth Sciences),2003(S1):45-52.
[4] 马 瑾,刘力强,刘培洵,等. 断层失稳错动热场预兆情势:雁列断层的尝试研讨[J]. 地球物理学报,2007,50(4):1141-1149. Ma Jin,Liu Liqiang,Liu Peixun,et al. Thermal precursory pattern of fault unstable sliding:an experimental study of en echelon faults[J]. Chinese Journal of Geophysics,2007,50(4):1141-1149.
[5]  刘力强,刘培洵,黄凯珠,等. 断层三维扩大进程的尝试研讨[J]. 中国迷信(D 辑:地球迷信),2008(7):833-841.Liu Liqiang,Liu Peixun,Huang Kaizhu,et al. Experimental study of three-dimensional fault propagation process[J]. Science in China (Series D:Earth Sciences),2008(7):833-841.
[6] 梁 冰,章梦涛. 矿震产生的粘滑失稳机理及其数值摹拟[J].阜新矿业学院学报(天然迷信版),1997(5):521-524. Liang Bing, Zhang Mengtao. Numerical simulation and instability slide mechanism of fault bursts[J]. Journal of Fuxin Mining Institute(Natural Science),1997(5):521-524.
[7] 章梦涛. 矿震的粘滑失稳实际[D]. 阜新:阜新矿业学院,1993.Zhang Mengtao. Theory of instability slide mechanism of fault bursts[D]. Fuxin:Fuxin Mining Institute,1993.
[8] Ruina A L. Slip instability and state variable friction laws[J]. Journal Geophysics Research,1983,83(10):359-370.
[9] 代高飞,尹光志,皮文丽,等. 用滑块模子对打击地压的研讨(I)[J]. 岩土力学,2004(8):1263-1266.Dai Gaofei,Yin Guangzhi,Pi Wenli,et al. Study on rockburst using stick slip model(I) [J]. Rock and Mechanics,2004(8):1263 -1266.
[10] 郭德勇,韩德馨. 煤与瓦斯凸起粘滑机理研讨[J]. 煤炭学报,2003(6):598-602. Guo Deyong,Han Dexin. The stick-slip mechanism of coal and gas outburst[J]. Journal of China Coal Society,2003(6):598-602.
[11] 闫永敢,冯国瑞,翟英达,等. 煤体粘滑打击的产生前提及能源学阐发[J]. 煤炭学报,2010,35(S1):19-21.Yan Yonggan,Feng Guorui,Zhai Yingda,et al. Stick-slip conditions and dynamics analysis of coal rock burst[J]. Journal of China Coal Society,2010,35(S1):19-21.
[12] 齐庆新,史元伟,刘天泉. 打击地压粘滑失稳机理的尝试研讨[J]. 煤炭学报,1997,22(2):34-38. Qi Qingxin,Shi Yuanwei,Liu Tianquan. Mechanism of instability caused by viscous sliding in rock burst[J]. Journal of China Coal Society,1997,22(2):34-38.
[13] 宋义敏,马少鹏,杨小彬,等. 断层黏滑静态变形进程的尝试研讨[J]. 地球物理学报,2012,55(1):171-179.Song Yimin,Ma Shaopeng,Yang Xiaobin,et al. Experimental study on the dynamic displacement evolution of fault in stick-slip process[J]. Chinese Journal of Geophysics,2012,55(1):171-179.

湖南省长沙高新区文轩路27号麓谷企业广场A4栋507 德律风:0731-84668116,85128115,85128116

Copyright © 2005~2019 长沙鹏翔电子科技无限公司 IS09001 Certified Acoustic Emission products

快乐飞艇是官彩还是私人彩票 快乐赛车app哪个好玩 快乐飞艇用哪个计划 澳洲快乐赛车pk拾计划 快乐飞艇开奖正规吗 快乐飞艇怎么玩内承 有快乐飞艇的彩票app 快乐飞艇定位胆技巧 三分钟快乐飞艇 彩票快乐飞艇玩法