花岗岩破裂过程中"声发射-电阻率-波速"演化特征研究及工程探测应用
纪洪广
付桢
张月征
张春瑞
陈东升
北京科技大学城市与地下空间北京市重点实验室,北京 100083;矿山深井建设技术国家工程研究中心,北京 100013
摘要：为探明脆性岩石破坏过程中裂纹与声发射、电阻率和波速之间的协同演化规律,通过设计并开展花岗岩单轴加载条件下的联合测试试验,揭示了岩石受载裂纹演化过程中3种信号的响应特征,并通过工程实测,获得了地层探测时电阻率与超声波波速的变化规律.试验结果表明:脆性岩石破坏是由"低能稳定无序状态"向"高能非稳定有序状态"转变的过程,裂纹演化则是由随机的无序扩展转变为条带式的集中有序破裂,具有自组织临界特征;脆性岩石声发射能量概率密度呈现线性分布,其破坏能量演化过程满足幂律分布,加载后期局部高应力水平下的能量幂律分布曲线逐渐向全过程幂律分布曲线逼近,表明高能非稳定状态的岩石更容易产生突发性破坏;岩石破裂过程中的电阻率、超声波波速和声发射随裂纹演化呈阶段性响应特征,岩石受载进入裂纹稳定和非稳定扩展阶段后,宜采用波速损伤变量和声发射损伤变量描述岩石损伤特性,综合考虑裂纹体积应变、声发射、电阻率和波速能准确识别岩石的峰前特征应力;通过工程实测超声波的变化规律,将地层划分为完整、较完整、破碎和极破碎4个等级,破碎含水地层具有低波速、低电阻率特征,电阻率与波速相互验证、互为补充.此方法可为深部地下工程建设围岩质量评价、岩体损伤实时监测提供理论依据.
关键词：裂纹演化电阻率超声波波速声发射bI值自组织临界点
分类号：TD85(矿山开采)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC2907401)国家重点研发计划(2023YFC2907403)国家自然科学基金(52278326)
论文发表日期：2024-09-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 872-888 )
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