高溫后花崗巖巖爆的聲發(fā)射特征研究.pdf

1、當前，隨著地下工程不斷向深部拓展，高溫導致的巖爆災害頻發(fā)。巖爆是高地應力地區(qū)巖體開挖卸荷引起的動力破壞現(xiàn)象，對人員與財產安全具有嚴重威脅。高地溫地區(qū)巖爆災害的合理預測是深部地下巖體工程面臨的重大科技難題。目前，聲發(fā)射信號分析已成為巖爆預測的最重要途徑之一。因此，高溫后花崗巖巖爆的聲發(fā)射特征研究對于深部地下巖體工程巖爆災害的合理預測具有良好的工程意義與學術價值。
　　本文利用聲發(fā)射系統(tǒng)對經歷過25℃、200℃、300℃、400℃、5

2、00℃、600℃、700℃等不同高溫后花崗巖真三軸巖爆模擬試驗進行了全程監(jiān)控，通過聲發(fā)射信號分析，研究了小顆粒彈射、劈裂成板、塊片彈射等巖爆過程中三種典型破壞現(xiàn)象之間的聲發(fā)射特征差異，探討了不同高溫后花崗巖巖爆過程聲發(fā)射信號的演化特征與巖爆發(fā)生的前兆信息，并利用聲發(fā)射特征指標對不同高溫后的巖爆烈度進行評價與規(guī)律分析，主要研究工作與結論如下:
　　(1)在短時能量指標（Short Time Energy，STE）的基礎上，本文提出一

3、種基于聲發(fā)射信號定量化評價巖石脆性破壞烈度的新指標——短時能量總和（Short Time Energy Summation，STES）。研究表明，該指標是可行的，具有可反映巖石脆性破壞過程在一定歷時內釋放的AE總能量的特點，克服了只能反映某時刻AE能量的短時能量指標（Short Time Energy，STE）的局限性，較傳統(tǒng)的絕對能量(Absolute Energy)指標更適用于巖爆烈度的定量化評價。
　　(2)巖爆過程的聲發(fā)射

4、絕對能量指標與STES指標隨溫度變化曲線均表明，巖爆烈度隨溫度的升高呈先增大后減小的趨勢，其中300℃高溫后的巖爆烈度最強。這一結論有利于對高地溫高應力條件下深部地下工程巖爆災害的防控。
　　(3)不同高溫后花崗巖的巖爆過程均出現(xiàn)小顆粒彈射、劈裂成板、塊片彈射等三個依次發(fā)生的典型破壞現(xiàn)象，這三種典型破壞現(xiàn)象的聲發(fā)射特性具有一定的差異:小顆粒彈射現(xiàn)象的聲發(fā)射信號幅值相對最低，主頻相對最高，聲紋圖呈較明顯的橫杠形態(tài)，短時能量衰減迅速，

5、STES值較低;劈裂成板現(xiàn)象聲發(fā)射信號的幅值和主頻相對較高，聲紋圖呈豎直紋形態(tài)，短時能量衰減迅速，STES值稍高;塊片彈射現(xiàn)象的聲發(fā)射信號幅值最高，主頻相對最低，聲紋圖呈亂紋形態(tài)，短時能量震蕩下降，STES值遠高于前兩者。這些差異的發(fā)現(xiàn)可為巖爆孕育過程中當前所處狀態(tài)的識別提供科學依據(jù)，進而有利于巖爆的有效預測預警。
　　(4)總體來看，不同高溫后花崗巖巖爆過程聲發(fā)射信號的撞擊數(shù)、撞擊數(shù)時間分形、絕對能量的演化特征與常溫條件下是相似