煤岩细观剪切破坏及其声发射特性的试验研究-安全技术及工程专业论文.docx

Experimental Researchon Microscopic ShearFailureandAcoustic Emission CharacteristicsofCoalor RockA ThesisSubmitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for theDegree ofMasterof EngineeringByLu LifengSupervised by Prof. Xu JiangMajor: Safety Technology EngineeringCollege of Resources Environmental Science of Chongqing University, Chongqing,China October2011摘要岩石的宏观断裂失稳与其在受力变形过程中内部微裂隙分布以及裂纹的萌 生、扩展和聚集等因素密切相关，而岩石在受力变形过程中的声发射信号强弱变 化也反映了其微观破坏的程度。因此，本文以砂岩和型煤为研究对象，利用自主 研发的煤岩细观剪切试验装置和 PCI-2 型声发射系统对其在剪切载荷作用下裂纹 的开裂扩展过程及其分布特征以及在其整个受力过程中的声发射特性进行了试验 研究，探讨了不同加载速率、不同含水状态、不同法向应力等不同试验条件下砂 岩和型煤的裂纹时空演化规律及其声发射特性，取得了以下主要研究成果：(1)砂岩在不同加载速率下表面开裂出现于峰值应力后，但在不同含水状态和 不同法向应力下，相对含水率为50.03%、89.17%、100.00%和法向应力为1.5MPa、 3.0MPa、4.5MPa、6.0MPa 时的试件表面则在峰值应力前出现开裂，砂岩裂纹均萌 生于试件端部，且断裂破坏过程同时有绕颗粒和穿颗粒破裂产生，但其开裂扩展 主要产生于颗粒边界和胶结物中；而型煤在不同加载速率下表面开裂出现于峰值 应力前，裂纹最早出现于试件端部或中部，其破裂方式并不是很明显。(2)砂岩和型煤细观裂纹的开裂扩展方向均具有一定的不规则性，与预定的剪 切面方向均有一定程度的偏差，且在主裂纹附近均有宽度和长度较小的次级裂纹 形成，但型煤的裂纹形态比砂岩复杂，开裂宽度也较大。(3)砂岩和型煤的声发射Hit率峰值相对于剪应力峰值在时间上有一定的滞后； 对于砂岩而言，两者时间差随着加载速率增加而减小，但随着含水率和法向应力 的增加而增大，型煤在不同加载速率下得到的结果与砂岩是一致的，但其滞后远 大于砂岩。(4)砂岩和型煤的大多数声发射信号均产生于剪应力峰值后阶段；砂岩声发射 信号的骤增点随加载速率和含水率增加而提前，随法向应力的增加而推迟，且在 剪应力峰值和表面开裂时的声发射事件数百分比随加载速率增加而增大，但随含 水率和法向应力增加而减小；型煤的声发射信号较小，并没有特别明显的剧变点 出现，加载速率越大，声发射活动越早，但其声发射活动均落后于砂岩。关键词：岩石力学，剪切，细观破坏，声发射，裂纹演化ABSTRACTMacroscopicruptureinstabilityofrockiscloselyrelatedtothedistributionof microfissureandinitiation,extensionandaggregationofcrackduringthedeformation ofrock.Andthealterationofacousticemissionsignalintensitycanreflectthedegreeof microscopicdamageofrockduringthedeformation.Therefore,experimentalstudyis madeonmicrofracturingprogressofcrackofsandstoneandmouldedcoal,their distribution characteristicsafterfailureand acoustic emission characteristicsunder shear loadingconditionbyindependentdevelopmentalcoalorrockmicroscopicsheartestingdeviceandPCI-2typeofacousticemissiontestingsystem.Simultaneously，itisalsoresearchedontemporalandspatialevolutionlawofcrackandacousticemission characteristicsofsandstoneandm