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岩石试样直接拉伸力学性能及声发射活动分析袁瑞甫;侯志强【摘要】为探究直接拉伸作用下岩石力学特性和损伤演化特征,对3种岩石试样进行单轴直接拉伸声发射测试,分析岩石的直接拉伸力学性能及声发射活动规律.结果表明,岩石试样的拉伸应力-应变曲线在试验加载初期表现为线性关系,随着载荷增加,应力-应变曲线缓慢弯曲;拉伸破坏前试样没有明显的屈服阶段,拉伸宏观破坏瞬间产生,没有峰后曲线;随着拉伸应力的增加,岩石内部低强度晶体或微裂隙发生破坏或扩展,使试样抵抗拉伸变形能力减弱,表现为试样拉伸弹模随拉应力增加而下降.拉伸过程中的AE活动对应着岩石内部微损伤的产生和发展,拉伸过程的初期和中期AE事件极少,在试样拉断破坏之前,声发射事件急剧增多,强度和能量急剧增大,远远大于前期AE信号的幅度.AE事件的位置分布与试样的宏观破坏面有较好的对应关系,表明实时分析AE或微震活动,可以分析岩石内部的损伤状态和破坏位置.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)001【总页数】7页(P122-128)【关键词】岩石试样;声发射;直接拉伸试验;拉伸弹性模量【作者】袁瑞甫;侯志强【作者单位】河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TD315+.1声发射(acoustic emission，AE)技术是分析岩石破坏的重要手段[1]。
通过监测分析拉伸、压缩和弯曲载荷下岩石变形及破坏过程中的AE信号，对于了解岩石内部破坏的空间分布、时间分布及最终破坏面的形成有重要价值。
由于岩石直接拉伸试验试样夹持或黏结困难，试验操作较复杂，成功率较低，目前研究岩石力学性质以压缩破坏较多，岩石抗拉力学性质多采用巴西劈裂试验[2-5]，也有部分学者[6-9]开展了岩石直接拉伸的试验研究，得到了拉伸应力下的岩石力学参数，包括弹性模量、泊松比，应力-应变全过程曲线等。
石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究在岩石工程的世界里，石灰岩的脆性损伤演化就像是一位神秘的魔法师，他们以独特的技能，将石灰岩的性质进行了神奇的转变。
本文将深入探讨石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究，以期在这场岩石工程的盛宴中，为岩石工程研究者们提供有力的支持。
首先，让我们将石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究比作一场音乐演奏。
在这场演奏中，研究者们就像是乐手，他们需要通过岩石工程，演奏出美妙的岩石旋律。
然而，要想让这场演奏取得圆满成功，乐手们（研究者）必须精心挑选乐器、掌握演奏技巧、营造音乐氛围。
同样，在石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究中，我们也需从多个维度进行深入剖析，以期达到最佳效果。
一方面，我们要关注“乐器”的选择。
在石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究中，选择合适的实验方法和测试设备是至关重要的。
这包括实验方法的适用性、测试设备的多样性等。
这就如同在音乐演奏中，选择合适的乐器是确保演奏顺利进行的基础。
因此，石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究的首要任务是选择合适的实验方法和测试设备，使之具有针对性和实用性。
另一方面，我们要注重“演奏技巧”的运用。
在石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究中，如何将这些实验方法和测试设备以生动、形象的方式呈现出来，是研究者们需要深入思考的问题。
这就如同在音乐演奏中，同样的乐器，不同的演奏技巧会产生不同的效果。
因此，石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究要注重实验方法和测试设备的创新和应用，使之能够全面、准确地反映岩石工程的需求。
此外，石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究还要关注“音乐氛围”的营造。
在岩石工程中，营造良好的实验环境、提供细致的关心和支持是至关重要的。
这就如同在音乐演奏中，营造良好的表演氛围是提升表演效果的关键。
因此，石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究要注重实验环境的营造，为研究者提供良好的实验条件。
在石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究中，我们还要善于进行观点分析和思考。
石灰岩声发射特性的试验研究
姚改焕;宋战平;余贤斌
【期刊名称】《煤田地质与勘探》
【年(卷),期】2006(034)006
【摘要】采用SYB-4声发射仪和岩石声发射参数动态测试系统,对广西高峰石灰岩进行了单轴压缩条件下的声发射试验,研究了石灰岩在单轴加载过程中声发射活动随时间和岩样应力、变形等变化的内在规律,在此基础上分析了石灰岩的破坏机理.试验研究表明:除加载初期外,石灰岩声发射活动与试样体积变形间有较好的关联性,岩样中微裂纹形成和原有裂纹扩展是造成岩石声发射活动与体积变化的主要原因.因此,采用声发射技术可对矿山采场矿岩体变形稳定性进行监测和评价.
【总页数】3页(P44-46)
【作者】姚改焕;宋战平;余贤斌
【作者单位】西安科技大学,陕西,西安,710054;西安建筑科技大学,陕西,西
安,710055;昆明理工大学,云南,昆明,610059
【正文语种】中文
【中图分类】TU458.3
【相关文献】
1.石灰岩声发射特性及其演化规律试验研究 [J], 宋战平;刘京;谢强;余贤斌
2.不同加载速率下石灰岩与砂岩的声发射特征试验研究 [J], 江博为; 曾晟; 唐子龙
3.石灰岩加载过程中声发射信号特征试验研究 [J], 杨建明
4.基于声发射技术的石灰岩三轴加载试验研究 [J], 刘鹏飞;李家春
5.高温作用后石灰岩受压破裂过程的声发射试验研究 [J], 王德咏;吴刚;葛修润因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于声发射参量识别不同深度灰岩岩爆倾向研究埋藏于深部和中深部金属矿山由于地应力的不断增大诱发岩爆可能性越来越大。
由深部开采高应力引起的开采技术问题越来越多,根据矿床开采技术条件和矿体赋存特征。
避免岩爆带来的危害,选择经济合理的防护措施以实现矿山安全高效开采,保证矿山可持续生产,是目前越来越多金属矿山迫切需要解决的重大技术问题。
深部岩体在地壳运动作用下应变能大量聚集,形成很大的初始应力。
深部回采使得聚集的应变能突然释放形成岩爆,岩爆的发生一方面与初始应力场有关,另一方面与岩石承载过程中变形及储能特性有很大的关联。
岩石破坏过程伴随了弹性波的释放,而声发射监测技术能捕捉岩石加载过程产生的瞬态弹性波,所以利用声发射检测结果作为岩石材料破裂判据在岩石力学研究领域一直都是研究重点。
声发射表征岩石破坏方面形成众多有益结论,但真正将声发射测试用于岩爆的判别尚不多见。
本次课题采用弹性能量指数作为岩石岩爆倾向性判据。
进行深部回采不同深度灰岩试样的岩爆倾向性实验,得到了不同深度灰岩试样的加卸载过程应力-应变曲线。
在实验过程中进行声发射测试,分析加卸载全过程声发射累计能量随时间的变化规律,得到不同岩爆倾向性试样声发射累计能量变化特征,通过实验数据分析揭示岩爆倾向灰岩声发射响应特征。
通过分析试验过程声发射累计能量变化率,定义了累计能量反应比E<sub>k</sub>等于加卸载过程声发射累计能量变化率与加卸载转折点声发射累计能量变化率的比值。
结果表明:（1）随着深度的增加,岩石单轴抗压强度有逐步增大的趋势,这为岩石的岩爆发生提供了有利条件,进而印证了随深度增加灰岩岩爆发生的可能性越大,从另一方面说明了岩石的岩爆与深度有着密切相关性。
（2）加载时,随着赋存深度增加,岩石存储应变能的能力在增强;卸载时,随着深度增加,深度越深灰岩在卸载过程的声发射累积能量增加幅度越小,由此可知不同深度灰岩累积能量的变化率存在明显的区别。
岩体损伤破坏过程三维定位声发射试验分析王述红;徐源;张航;侯佳男;杨昊【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2010(050)003【摘要】岩石类材料的破坏是一种能量累积损伤过程,在力学上是宏观缺陷产生与扩展的累积过程.对完整岩石先进行了单轴压缩试验,在压缩试验的同时,使用声发射试验仪器记录下岩样的声发射参数.试验测试了不同岩性试样的损伤破坏过程,试验结果表明,岩石的应力和声发射变化率之间的关系具有三个阶段:不明显变化阶段、明显变化阶段、破坏前阶段.与此相对应,岩石声发射事件数和加载时间也具有三个阶段:声发射事件缓慢增长阶段、声发射事件稳定增长阶段、声发射事件高速增长阶段.在不同尺寸岩石的声发射试验中,发现不同尺寸对岩样的破坏形态影响不明显.尺寸较小的岩样进入声发射事件明显变化阶段的时间比尺寸较大的岩样早.【总页数】6页(P19-23,48)【作者】王述红;徐源;张航;侯佳男;杨昊【作者单位】东北大学资源与土木工程学院,辽宁,沈阳,110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁,沈阳,110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁,沈阳,110819;中冶沈勘工程技术有限公司地基十二处,辽宁,沈阳,110005;东北大学资源与土木工程学院,辽宁,沈阳,110819【正文语种】中文【中图分类】TU459+.3【相关文献】1.声发射技术在纤维增强复合材料损伤检测和破坏过程分析中的应用研究进展 [J], 黄展鸿;黄春芳;张鉴炜;江大志;鞠苏2.花岗岩脆延破坏过程声发射与损伤特性模拟研究 [J], 王云飞;杨文选;焦华喆;王立平;赵洪波3.陶瓷材料破坏过程中的声发射源定位方法 [J], 褚亮;任会兰;龙波;宁建国4.各向异性岩体破坏过程声发射测量及其定位实验研究 [J], 王述红;张亚兵;张楠;李正仁5.单节理岩体变形与破坏过程中声发射能量的特征及意义 [J], 曾正文;马瑾因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
石灰岩声发射特性及其演化规律试验研究宋战平;刘京;谢强;余贤斌【摘要】为定量描述不同应力条件下岩石材料声发射特性及其特性演变规律，分析不同应力条件下岩石声发射参数与应力、变形的量化关系，对广西高峰矿石灰岩进行了单轴压缩、拉伸和劈裂条件下的声发射特性试验，在此基础上将模糊自相似分维概念引入岩石的声发射试验分析中，就不同应力条件下岩石声发射所表现出的自相似规律进行了研究。
研究表明：在压应力作用下石灰岩声发射出现短暂的“钝化期”，其声发射事件率及能量率模糊容量维记数曲线出现了“最小-回升”现象；在劈裂条件下石灰岩声发射事件频发且其声发射参数序列同样存在模糊自相似容量维特性，但其模糊容量参数的演化过程未能观测到“最小-回升”现象；在直接拉伸试验中，由于“胶结、引力”材料声发射活动具有瞬发性，不易监测，本次试验可测范围内无法计算其分维数，因此在拉伸条件下岩石试样是否具有自相似性演化规律还有待于进一步的研究。
%In order to quantitatively describe the characteristics and evolution regularities of acoustic emission (AE) in different rocks under different stress conditions, the paper studied the quantitative relationship between AE pa-rameters of rocks, stress field and strain field based on laboratory tests. The paper firstly carried out the AE tests with conditions of axial compression, tension and splitting for limestone specimens of Gaofeng mine in Guangxi Provence, then introduced the fuzzy self-similarity fractal dimension concept and analyzed the self- similarity regularities of rock AE. It stated that the AE of limestone has a short deactivation period. The fussy dimension number curves of AE event ratio and energy ratio have the phenomena of “minimal rising”. Inthe condition of splitting, the AE event frequency and AE parameter series also have fuzzy self similar dimension characters, how-ever, there is not the“minimal rising”phenomena. In the direct tension test process, because the AE of“glue, grav-ity” material has sudden occurrence, it is not easy to be monitored, the fractal dimension can not be calculated in the monitoring scope. So, whether the rock with tension condition has the self similar character evolution is also to be studied in future.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】5页(P61-65)【关键词】岩石力学;声发射试验;不同应力条件;破坏演化规律【作者】宋战平;刘京;谢强;余贤斌【作者单位】西安建筑科技大学，陕西西安 710055;西安建筑科技大学，陕西西安 710055;重庆大学土木工程学院，重庆 400045;昆明理工大学，云南昆明610059【正文语种】中文【中图分类】TU45岩石(体)中因含有大量的、不同成因和构造的内部缺陷和微宏观裂隙而造成了其在微观构造上的不均匀性。
单轴压缩下变粒岩及石灰岩声发射信号的EMD能量熵研究万懿锋;曹至龙;王佳男【摘要】为了探寻岩石脆性受载破裂声发射特征参数前兆规律,以变粒岩和石灰岩为研究对象,进行了单轴加载下两种试样脆性破坏声发射试验.引入EMD的方法剖析原始信号数据,把复杂的波形信号解析成若干个瞬时性频率及带有一定涵义且幅度或频率受调制的本征模态分量(IMF),得出两种试样脆性损坏声发射信号的能量分布情况.研究发现:随着单轴压缩荷载进行,变粒岩、石灰岩破裂过程的声发射信号EMD能量熵总体上呈现出"平稳波动→异常下降→持续下降(回升)"的特征.而在接近脆性破坏时,石灰岩、变粒岩声发射信号EMD能量熵表现出相同的特性:熵值下降异常或上升异常.此种异常现象可作为类似岩石破坏的前兆信息.【期刊名称】《采矿技术》【年(卷),期】2017(017)005【总页数】4页(P42-44,52)【关键词】变粒岩、石灰岩;单轴压缩;声发射;EMD能量熵;异常前兆【作者】万懿锋;曹至龙;王佳男【作者单位】江西理工大学资源与环境工程学院, 江西赣州市 341000;江西省矿业工程重点实验室, 江西赣州市 341000;江西理工大学资源与环境工程学院, 江西赣州市 341000;江西省矿业工程重点实验室, 江西赣州市 341000;江西理工大学资源与环境工程学院, 江西赣州市 341000;江西省矿业工程重点实验室, 江西赣州市 341000【正文语种】中文中国幅员辽阔，拥有丰硕的矿产资源，伴随各类资源开发而来的是急需解决的安全问题。
其中与岩石受力灾变有关的矿山灾害对生产和人生安全影响重大。
所以有效的监测和识别岩石灾害的进程对岩石灾害的预警及防灾减灾意义重大。
20世纪80年代美籍华人N. E. Huang等学者首次给出了经验模态分解的方法，这是一类新型的波形解析手段即EMD法。
对比以前常用的傅里叶变换、小波分析以及小波包变换等方法，EMD分解对象均是原始信号数据，具有直观性、特征性和自适应性等诸多优点，尤其适用于曲线、曲面等不确定性的岩石声发射信号。
石灰岩声发射分析及源定位研究
关键词：声发射石灰岩互相关声发射源定位
材料或结构在受力或其他作用下产生变形或断裂，产生瞬间弹性波的现象称为声发射（acoustic emission， ae）[1]。
声发射可以对岩石类材料内部裂纹的产生和扩展进行连续监控，是目前应用于岩石类材料破坏研究领域的重要手段[2]。
现阶段声发射源定位是通过在岩石样品表面安装多个传感器来获取声发射信号的时间
差来实现损伤定位[3]。
国内外很多学者围绕声发射的产生机理进行了深入而广泛的研究，取得了重要成果。
对岩石类材料声发射源进行定位研究，可以实现对其内部损伤的分析[4]，做好安全预警，为岩石破裂失稳预报奠定了一定的工作基础。
一、小波分析
小波变换（wavelet transform）是1984年法国地球物理学家
j.morlet在分析处理地球物理勘探资料时提出来的，其后理论物理学家a.grossman采用平移和伸缩不变性建立了小波变换的理论体系。
小波分析是一种新兴技术，基本思想可以简单概括为：自然界各种信号中频率高低不同的分量具有不同的时变特性，一般是低频成分的频谱特征随时间的变化比较缓慢，需要在时间域具有较高的精度，而高频成分的频谱特征则变化较快，需要频率域具有较高的精度。
能够在“高中心频率”时自动变窄，而在“低中心频率”时自动变宽。
1.小波去噪
二维定位情况下考虑一组传感器（3个），通过小波分析对接收到的声发射信号进行去噪处理，滤除信号中的部分噪声，使得声发射信号更精确地反映岩石内部损伤的过程。
从信的角度来说，小波去噪是对信号进行滤波，在去噪后还能成功地保留原始信号的特征号学，所以在这一点上优于传统的低通滤波器。
因此，小波去噪实际上是提取特征参数和低通滤波功能的综合。
2.互相关分析
两个随机的时间历程和互相关函数的定义是在时，在时乘积
的平均值，即：
如果对，均以的时间间隔进行采样，而单位延迟时间，那么，。
n为延迟时间序列，r为时间序列，则可写成：
由于互相关函数和都有物理单位，互相关函数值的大小不能说明这两个函数的相关程度如何，而且需要严格的尺度和物理量换算过程，因此在实际处理中，常用互相关系数来表达，即：
以上分析可以看出，找出互相关系数最大值对应的时刻，即可确定两个传感器之间接收到信号的时差。
以no.2046信号传感器1和传感器2接收到的波形为例，进行互相关分析。
实验采样频率为2mhz，实验采样点为1024。
两传感器互相关系数最大值为0.555，对应采样点为865，则传感器1和传感器2之间的时差为（1024？865）× =318 。
依次类推，可得
到其余传感器之间的时间差。
二、最小二乘法定位
为了提高定位精度，定位算法用最小二乘法。
最小二乘法求解是利用安装在样品表面不同位置的传感器在同一时间测定某一位置
的声发射信号，利用该信号到达各个传感器的时差来确定声发射源的位置坐标[5]。
下图为声发射源位置确定的计算模型：
理论上最少需要建立2个（n=2）方程即可求出声发射源位置坐标，但当时可减少干扰误差，计算出的声发射源坐标更准确。
三个传感器的位置坐标：，假设k点为声发射源（acoustic emission，ae），坐标为（x，y）。
式中，v为波速，试验测得石灰岩试样中的p波波速为
4803.86m/s；△ij为声发射信号从k点到达第i个传感器和第j个传感器的时间差，实验采用的石灰岩样品尺寸为152mm×152mm×155mm，三个传感器的坐标为，单位为mm。
求解上述方程组可求出k（声源）点坐标。
三、定位结果比较
从表中可以明显看出，在二维声发射源定位实验中，互相关方法和仪器的定位结果相比较，得到了更佳的定位结果。
参考文献
[1]谢和平，陈忠辉.岩石力学[m].北京：科学出版社，2004，199-229.
[2]袁振明，耿荣生.声发射检测[m].北京：机械工业出版社，
2005：1-4.
[3]李光海，刘时风.声发射源特征识别的最新方法[j].无损检测，2002，24（12）：534-538.
[4]陈宇龙，魏作安，许江，唐晓军等.单轴压缩条件下岩石声发射特性的实验研究[j].煤炭学报，2011，36（2）：237-240. [5]魏木生.广义最小二乘问题的理论和计算[m].北京：科学出版社，2006：24-46.。
