基于顆粒流分析的巖石聲發(fā)射平靜期機理研究.pdf

1、巖石材料加載過程中存在聲發(fā)射平靜期現(xiàn)象，聲發(fā)射平靜期與地震災害來臨前的地震平靜現(xiàn)象極為類似，弄清其產生的機制，對于地震災害的預報研究以及巖體工程的穩(wěn)定性監(jiān)測具有十分重要的意義。為了揭示巖石材料聲發(fā)射的平靜期機理，本文針對巖石材料非均質性和含剛度異常區(qū)域的特征，借助顆粒流程序PFC2D，分別模擬了含不同剛度異常區(qū)域和不同均質度的巖樣在單軸壓縮條件下的聲發(fā)射特征，建立起了巖石材料非均質性、剛度異常區(qū)域與聲發(fā)射平靜期的量化關系。主要研究內容和

2、成果如下：
　　(1)對某鉛鋅礦均質性較好的深埋花崗巖進行了室內單軸壓縮試驗，以其宏觀力學參數(shù)結果為基礎標定數(shù)值巖樣的細觀結構參數(shù)。由參數(shù)敏感性分析的結果確定了先調整接觸法向和切向剛度之比κ?(κ??)匹配泊松比υ、然后依次更改有效模量E*(E??)和黏結拉伸強度σ?c匹配彈性模量E和單軸抗壓強度UCS的參數(shù)標定方案，最終得到了一組與室內試驗結果相符的顆粒流模型細觀參數(shù)。
　　(2)以顆粒流程序PFC2D為平臺，在上述標定后

3、的巖石顆粒流模型細觀參數(shù)基礎上，構建了黏結拉伸強度值服從Weibull分布的非均質巖樣，模擬分析了單軸壓縮條件下不同均質度巖樣的聲發(fā)射特征，并引用統(tǒng)計學中的 Z檢驗方法量化了巖樣聲發(fā)射平靜期異常顯著程度。結果表明巖樣的聲發(fā)射平靜期在均質度為b=8至 b=12的局部范圍內非常顯著；均質度 b=14的巖樣聲發(fā)射平靜期異常現(xiàn)象較為顯著；其它均質度的巖樣沒有明顯的聲發(fā)射平靜期。
　　(3)采用同樣的方法構建了含不同剛度異常區(qū)域的數(shù)值巖樣，

4、并量化了單軸壓縮條件下巖樣聲發(fā)射平靜期異常顯著程度。結果表明巖樣剛度異常區(qū)域的空間分布對聲發(fā)射平靜期具有一定影響，在保證異常區(qū)域面積不變的前提下，逐漸擴展其在受力方向上的延伸長度（同時縮小異常區(qū)域垂直方向的延伸長度），發(fā)現(xiàn)延伸長度小于10L(L=0.00625m)的巖樣幾乎不存在聲發(fā)射平靜現(xiàn)象，而大于10L的巖樣均存在聲發(fā)射平靜期且十分顯著；巖樣異常區(qū)域在受力方向上延伸長度越長，聲發(fā)射事件越集中分布于剛度異常的區(qū)域，巖樣的破壞形式逐漸由