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声发射法测试岩石先期应力值的可行性

宣布日期:2017-05-06 10:42    阅读次数:次

择要:本文按照岩石声发射范例和一个实验实例,会商了操纵声发射法丈量岩石先期地应力的可行性和精度。

关头词:声发射;先期地应力;测试精度
1 弁言

  必定岩体在汗青上遭到的最大应力(即先期应力)并据此鉴定岩体在自然状况下所处的应力状况一向是岩土工程所面对的题目。最近几年来,已有很多岩石力学任务者测验考试操纵岩石资料在加载进程中声发射勾当的凯塞效应(Rarsereffect)估量岩石的先期应力,并经由进程大批的测试研讨证明了散布地壳浅部的大局部岩石都具备凯塞效应[1],也便是说,大大都岩石都与金属资料近似,具备“影象”其受力汗青的才能。可是,因为大局部岩体蒙受过多期机关应力,经历了屡次的分裂——愈合进程,其在汗青上蒙受的最高应力值可较着地高于岩块当今的抗压强度。恰是岩体的这类冗长而庞杂的受力汗青,很多岩样在AE测试进程中必须呈现较着的凯塞效应点。是以,很多学者都以为,只要在岩石的先期应力与其当今抗压强度的比值即是某一限值时,才有能够操纵岩石的凯塞效应估量岩石的先期应力。但若何必定这一限值今朝还是有待处理的题目。

2 先期应力的鉴定方式

  按照岩石试件AE勾当曲线鉴定岩石的先期应力关头是寻觅真实的凯塞效应产生点,即AE勾当呈现非常时所对应的荷载点。今朝经常使用的凯塞效应产生点的辨别方式有以下三种[1]。
  (1)最大曲折点法:由金川等人起首提出。此方式便是在直角座标系上绘制AE事务数与施加荷载的干系曲线,而后把曲线上的最大曲折点对应的应力值作为先期应力值。此种方式合用于在加载进程中凯塞效应非常较着的岩石,如晚近期的侵入岩样或火山喷出岩。但对蒙受多期机关变化的岩体则常常不合用。
  (2)两次反复加载法:此法由吉川澄夫和茂木德夫提出。他们在研讨中发明,很多岩石在第一次反复加载进程中凯塞效应不较着。是以,他们提出了一种按照屡次反复加载估量岩石先期应力的方式。详细做法是在第一次反复加载后再停止一次反复加载,用两次反复加载的AE成果的差值的俄然增大点所对应的应力值作为岩石先期应力最大值。此方式亦称为按照岩石AE勾当性经历效应必定岩石的先行应力。
  此方式固然在一些岩石的比拟测试中被以为是有用的,但将最大差值点作为凯塞效应点在实际上难以诠释,别的所实验的岩石范例也较少,是以,此方式是不是有普遍的合用性有待查验。
  (3)切线交汇法:由Boyce提出。此方式便是在岩石AE与应力干系曲线ε对近程度运动段和线性增加段别离作切线,将两切线交点所对应的应力值鉴定为岩石的先期应力值。
  在上述三种方式中,今朝操纵起码的是第三种方式。若AE事务数较发散,可先接纳回归阐发法作出AE与应力的干系曲线,而后再求其分段切线的交点。

3 操纵声发射法估量高先期应力值可行性

  前已述及,若岩石所蒙受的最高先期应力较着地高于期当今的抗压强度,则在测试气节凯塞效应点不较着的景象,会给先期应力的鉴定带来坚苦。
  笔者以为,岩石最高先期应力难以估量的首要缘由以下:岩石试样在单轴紧缩下,由声发射积累计数与外压应力呼应曲线上的斜率陡增点来判定对应应力时,应斟酌岩石属于声发射全进程四种范例中的哪种,以MOGI(I)型岩石为例,该型岩石的声发射进程可分为五个阶段:
  1)裂纹闭合阶段;
  2)半线型闭合阶段;
  3)裂纹不变发展阶段;
  4)裂纹非不变传布阶段;
  5)破裂阶段。
  这五个阶段顺次转化的四个过渡点上都有声发射积累数与压应力呼应曲线斜率较着转变的特色,但它们并非凯塞效应点。
  对致密的(Ⅲ型)岩石,也有一样的题目。
  Ⅰ型和Ⅲ型岩石较易判定凯塞效应点的是小于第二个过渡点的应力,即处于半线性变形阶段内的应力。那末跨越第二过渡点的应力会如何?比方,属于Ⅰ型岩石的片麻岩第二过渡点的应力为抗压强度的80%时,那末,片麻岩中有高于抗压强度的80%如许的先期应力可否停止判定呢?颠末实验,谜底是必定的。
  笔者经由进程对斜长片麻岩跨越第二过渡点的先期应力停止测试,成果证明先期应力的偏差在5%之内。以一例简述以下:
  试样为斜长片麻岩,样品两头面不平行偏差为5 μm,样品直径25 mm,高60 mm,对试样施加轴向应力至190 MPa,在声发射积累计数与外加压应力呼应力曲线上能够看出在175 MPa处呈现第二过渡点。接着做第二次加载,当加载应力跨越190 MPa,在190 MPa时呈现凯塞效应点,在175 MPa四周时并无抹录不净点,试样在220 MPa压应力下破裂。该试样第二过渡点的应力为抗压强度的79.6%,用声发射测出的190 MPa时的先期应力为抗压强度的85.6%,且偏差可视为0。
  是以,利用“声发射抹录不净景象的”可辩识第二过渡点,使跨越第二过渡点的先期应力仍可高精度测出。

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