岩石声发射b值及其计算方法研究_赵海溪.pdf
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1、河南科技Henan Science and Technology交通与土木工程总第802期第8期2023年4月岩石声发射b值及其计算方法研究赵海溪丁梦磊刘雪艳蒋芳(华北水利水电大学地球科学与工程学院,河南郑州450046)摘要:【目的目的】声发射技术被广泛应用于岩土工程等领域中,该技术对灾害的监测预警起到很好的辅助作用。其中,b值分析已经成为研究的一个重要方面。【方法方法】为了系统总结岩石声发射b值的相关研究,通过查阅总结已有的文献资料,对声发射特征参数b值近年来的研究现状及进展进行阐述,探讨b值的计算方法。【结果结果】通过对b值计算公式、数据处理方法的详细阐述,总结出两种常用的b值计算方法的
2、优势和局限性。【结论结论】最后对岩石声发射b值的研究工作进行分析,为今后研究中的进一步解决相关问题提供思路,本研究成果可对岩石声发射b值的有关研究提供一些帮助。关键词:岩石声发射;声发射b值;b值计算方法;岩石损伤中图分类号:TU45文献标志码:A文章编号:1003-5168(2023)08-0069-04DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.08.014Study on Rock Acoustic Emission b-Value and Its Calculation MethodZHAO HaixiDING MengleiLIU XueyanJIANG
3、Fang(College of Geosciences and Engineering,North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou 450046,China)Abstract:Purposes Acoustic emission technology has been widely used in geotechnical engineeringand other fields,and has played a very important auxiliary role in disaster m
4、onitoring and warning.Theb-value analysis has become an important research aspect.Methods In order to systematically summarize the relevant studies on the b-value of acoustic emission in rocks,after reviewing and summarizingprevious literatures.This study mainly describes the research status and pro
5、gress of the b-value of acoustic emission characteristic parameter in recent years,and discusses the calculation method of b-value.Findings The b-value calculation formula and data processing method are described in detail,and theadvantages and limitations of two commonly used b-value calculation me
6、thods are summarized.Conclusions Finally,the research work of rock AE b-value is prospected,and several problems that can be further solved in the future research are put forward.This study can provide some help for the related research of rock AE b-value.Keywords:rock acoustic emission;AE b-value;b
7、-value calculation method;rock damage0引言长期以来,自然地质灾害和工程地质灾害都对人类的生命及财产安全造成了很大的危害。而这些灾害发生的直接原因是岩土体的破坏失稳,因此对岩体损伤破坏机制的研究显得至关重要。声发射作为一种无损伤实时监测手段,可用于监测材料内部裂纹扩展过程。岩石在外界荷载的作用下,内部储存的能量会以一种弹性波的形式释放出来,这种现象被称为岩石声发射1。目前,有关岩石声发收稿日期:2022-12-01作者简介:赵海溪(1998),女,硕士生,研究方向:边坡工程与岩石力学。70第8期射的研究有很多,振铃计数、能量、幅值、频率等声发射的基本参数常被
8、用来表征岩石内部裂隙的扩展破坏情况。岩石在破坏过程中伴随的声发射现象往往被当成一种小尺度地震,可将地震学中的b值概念引入到声发射特征参数的研究中。b值的变化特征能反映岩石内部微裂纹扩展尺度的变化情况2,因此对声发射b值展开细致的研究对岩石损伤演化机理的深入认识具有重要意义。本研究通过总结近年来岩石声发射 b值及其计算方法的研究现状,为岩石损伤机制的研究工作开展及其在工程实践中的应用起到一定的指导作用。1岩石声发射b值的研究现状目前,国内外学者在各类岩石试验中均广泛使用声发射b值来分析研究,并取得了较为丰富的研究成果。Scholz3研究了不同应力水平下的声发射b值,认为b值大小主要受应力状态影响
9、。方亚如等4开展了关于含水岩石破裂特征的试验研究,结果表明:含水与不含水岩石在破裂前声发射b值的变化规律有明显不同。李纪汉等5对岩石摩擦的声发射b值变化规律进行了初步探索,研究表明岩石黏滑发生前b值稳定或略有上升且随正应力的增加而增加。曾正文等6研究了岩石变形破坏活动方式对声发射b值动态特性的影响,得出不同结构的岩石有不同的破裂扩展方式,b值动态曲线主要有山脊线状和台阶状两种。陈东升等7开展了一系列变辉长岩和花岗岩的单轴压缩试验,分析岩石破裂过程中声发射幅值及b值,提出了一种基于声发射b值演化的脆性岩石裂纹起裂应力评价方法,研究表明声发射b值演化法可以较好地确定起裂应力的大小。宋勇军等8进行了
10、冻融作用下饱和裂隙红砂岩的单轴压缩声发射特性试验,分析不同冻融次数和裂隙倾角对岩石声发射b值演化规律的影响,结果表明,声发射b值整体呈上下波动状态,冻融循环使b值初期波动减缓,裂隙倾角的增大使b值在应力最高处更加密集。李浩然等9开展了不同温度下大理岩三轴压缩与声发射试验,探究其裂隙发展及损伤演化规律,研究发现,声发射b值呈现平稳上升剧烈波动急剧下降的特征,其波动特征受温度影响显著,温度越低,b值曲线波动越剧烈。宋朝阳等10利用AE检测技术进行了干湿循环作用下弱胶结岩石的单轴压缩试验,对比分析了不同干湿循环次数对岩样破坏过程中声发射参数变化的影响,结果表明:弱胶结岩石声发射b值随着干湿循环次数的
11、增加而增加,小尺度破坏占比增高。赵建军等11研究了英安岩在3种应力路径下变形破坏过程中声发射b值的差异,结果表明:单轴和三轴压缩条件下b值变化规律相近,三轴加卸载条件下b值变化有很大差别,同时声发射b值的快速下降可以作为破坏前兆。刘希灵等12进行了花岗岩在动静加载条件下的单轴压缩声发射试验研究,分析不同加载条件下岩石破裂的声发射b值特性,研究表明:静载条件下岩石声发射b值要大于动载,且在静载条件下动态b值的波动幅度随加载速率的增加而变大。龚囱等13研究了红砂岩在短时蠕变过程中的声发射b值特征,发现红砂岩的声发射b值变化特征在减速蠕变与等速蠕变阶段中与试件体积应变有关,在加速蠕变阶段,声发射b值
12、先降后增再降,在接近蠕变破坏时b值再次大幅度减小。张黎明等14开展大理岩的常规三轴试验研究探索不同围压下的岩石声发射b值特征,加载初期b值较高且波动较大,塑性阶段保持稳定状态;当岩石临近破坏时,低围压下声发射b值骤降,高围压下b值变化相对平稳。2岩石声发射b值的计算方法2.1声发射b值公式的确定声发射b值是引入了地震学中的概念,开始并没有成熟的定义与计算方法。在岩石力学领域,岩石的破坏过程类似于地震发生的机制,岩石破坏过程中的声发射事件可近似看作一次地震活动,因此借鉴了地震学中的 b 值物理意义及其计算公式。最早,由石本巳四雄和饭田汲事在1939年提出了地震发生频度和最大振幅的统计关系见式(1
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