基于k-均值聚类的红砂岩循环加卸载下破坏前兆研究
孙光华1
齐育珠2
刘志义1
韩凯明2
郭将2
吴柄纬2
1.华北理工大学 矿业工程学院,河北 唐山 063210;华北理工大学 唐山市矿业开采与安全技术重点实验室,河北 唐山 063210;华北理工大学 河北省矿业开发与安全技术实验室,河北 唐山 0632102.华北理工大学 矿业工程学院,河北 唐山 063210;华北理工大学 唐山市矿业开采与安全技术重点实验室,河北 唐山 063210
摘要：目的 实际工程中岩石常处于循环加卸载状态,需要探究循环加卸载下红砂岩的破坏前兆问题.方法 开展循环加卸载下红砂岩声发射力学监测试验,采用k-均值聚类算法,进行声发射特征参数聚类分析,研究岩石损伤破裂模式.结果 结果表明:声发射事件主要发生在循环加载中,卸载阶段声发射事件极少并进入"间歇期";随着循环次数积累,峰值应力逐步增高,声发射事件数量突增并进入"活跃期";循环加卸载初期声发射b值最大,随着循环次数增加,声发射b值逐级降低并稳定在0.75～1.25,在岩石进入破裂阶段前声发射b值出现骤降,但每次循环加载开始前声发射b值也出现大幅骤降现象而岩石并未破裂,将声发射b值骤降作为岩石破坏前兆的判断依据存在局限性,需结合其他现象研究岩石破裂前兆;根据k-均值聚类将岩石损伤破裂过程的声发射信号分为3类即聚类1,聚类2和聚类3,每个聚类对应不同损伤阶段,循环加卸载末期,聚类3声发射事件能量陡然上升,反映出加载末期砂岩破裂尺度明显增大直至破坏,可以作为岩石的破坏前兆特征.结论 聚类3声发射信号在岩石弹性变形阶段零星出现,随着循环积累,在岩石完全破坏阶段前聚类3声发射信号持续密集出现,将声发射b值和聚类信号结合分析可提升预测岩石损伤破裂的准确率.
关键词：循环加卸载声发射b值分析k-均值聚类岩石破坏前兆
分类号：TD853(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52204134)河北省自然科学基金资助项目(E2024209129)
论文发表日期：2026-03-31
在线出版日期：2026-03-04（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 120-128 )
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