加載方向?qū)r石Kaiser效應(yīng)的影響研究.pdf

1、由于采礦、水利水電、土木建筑、鐵道、公路等工程需要，如何準(zhǔn)確的測定地應(yīng)力一直以來都是一個重要的課題。利用巖石的Kaiser效應(yīng)測定地應(yīng)力的聲發(fā)射方法，因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)、便捷，發(fā)展?jié)摿涫荜P(guān)注。但在利用Kaiser效應(yīng)測定地應(yīng)力的實(shí)踐中，很多問題一直都沒得到較好解決，阻礙了該方法的推廣。其中較為突出的問題就是關(guān)于加載方向變化對Kaiser效應(yīng)的影響，比如，因圍壓引起的大主應(yīng)力的方向變化、因取樣偏差引起的測量誤差、隨著工程進(jìn)行引起地應(yīng)力場的改變等

2、都涉及到加載方向變化對Kaiser效應(yīng)的影響。最主要的是Kaiser效應(yīng)方向獨(dú)立性問題，將直接影響Kaiser效應(yīng)測定地應(yīng)力可信度。所以，加載方向?qū)aiser效應(yīng)影響的研究有待進(jìn)一步深入。
　　本文所作主要工作和基本結(jié)論如下：
　?、賻r石Kaiser點(diǎn)的判斷方法研究
　　由于目前Kaiser點(diǎn)的判斷方法上大多都只是從主觀上進(jìn)行判斷，對于可以量化的Kaiser點(diǎn)判斷方法研究不深，而這些方法在實(shí)際應(yīng)用中也沒有發(fā)揮其應(yīng)有的

3、作用。本文首先對Kaiser點(diǎn)的判斷方法進(jìn)行了較為全面的歸納整理，對這些方法的原理作了較為詳細(xì)的介紹，對各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比，對一些細(xì)節(jié)處理問題給出了使用過程中的經(jīng)驗(yàn)建議，并對各種方法實(shí)現(xiàn)的進(jìn)行了Matlab編程；同時對不同特征參數(shù)和不同應(yīng)力水平下的Kaiser效應(yīng)點(diǎn)的清晰程度進(jìn)行了對比。研究發(fā)現(xiàn)：1)從不同特征參數(shù)的角度，Kaiser點(diǎn)的清晰程度依次為累計(jì)AE能量曲線>累計(jì)AE振鈴曲線>累計(jì)AE事件數(shù)曲線，雖然累計(jì)AE能量曲線更為清

4、晰，但同時可能帶來不必要干擾點(diǎn)，建議采用累計(jì)振鈴曲線；2)就不同應(yīng)力水平而言，結(jié)果顯示：超過一定應(yīng)力水平后Kaiser點(diǎn)清晰程度隨應(yīng)力水平增加而減弱。
　?、诶碚摲治?br>　　基于Kaiser效應(yīng)是由于裂紋發(fā)展這個假定，從斷裂力學(xué)的角度，對加載方向?qū)aiser效應(yīng)影響進(jìn)行了嘗試性分析和思考。對無限二維空間中遠(yuǎn)場拉應(yīng)力和壓應(yīng)力下穿透型裂紋以及三維空間中圓形裂紋在應(yīng)力方向與裂紋成不同角度時裂紋發(fā)展的臨界應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行了研究。分析

5、發(fā)現(xiàn)：1)單一方向的同一類型裂紋，其偏轉(zhuǎn)一定角度后的Kaiser效應(yīng)，具有唯一對應(yīng)性，僅與偏轉(zhuǎn)角度有關(guān)，但其所記憶荷載并非該方向正應(yīng)力；2)對于具有多方向或多類型裂紋的情況，Kaiser效應(yīng)明顯程度將減弱。3)遠(yuǎn)場拉應(yīng)力下空間圓盤裂紋分析得到的Kaiser效應(yīng)變化規(guī)律與本文試驗(yàn)結(jié)果幾近一致。
　　③試驗(yàn)研究
　　采用劈裂試驗(yàn)，對圓盤形砂巖和少量凝灰?guī)r試件第一方向進(jìn)行加載后，偏轉(zhuǎn)一定角度再次進(jìn)行加載，對劈裂條件下再次加載偏轉(zhuǎn)5

6、°、15°、30°、45°、60°和90°的Kaiser效應(yīng)進(jìn)行了研究；同時，針對目前一般試驗(yàn)方法存在的諸多不足，本文制作了正十二邊形、正八邊形、正六邊形、正方形等多組多邊形試件，通過對多邊形試件相鄰邊分次加載的方式，對單軸壓縮條件下加載方向偏轉(zhuǎn)30°、45°、60°和90°的Kaiser效應(yīng)進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)：1)偏轉(zhuǎn)一定角度后，第二加載方向的聲發(fā)射特征對第一方向加載歷史具有記憶性；且該記憶性在偏轉(zhuǎn)0°到60°的較大幅度范圍內(nèi)都存在