基于顆粒流分析的巖石聲發(fā)射平靜期機(jī)理研究.pdf

1、巖石材料加載過(guò)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(zāi)害來(lái)臨前的地震平靜現(xiàn)象極為類似，弄清其產(chǎn)生的機(jī)制，對(duì)于地震災(zāi)害的預(yù)報(bào)研究以及巖體工程的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)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(jī)理，本文針對(duì)巖石材料非均質(zhì)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(zhì)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(zhì)性、剛度異常區(qū)域與聲發(fā)射平靜期的量化關(guān)系。主要研究?jī)?nèi)容和

2、成果如下：
　　(1)對(duì)某鉛鋅礦均質(zhì)性較好的深埋花崗巖進(jìn)行了室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn)，以其宏觀力學(xué)參數(shù)結(jié)果為基礎(chǔ)標(biāo)定數(shù)值巖樣的細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。由參數(shù)敏感性分析的結(jié)果確定了先調(diào)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(jié)拉伸強(qiáng)度σ?c匹配彈性模量E和單軸抗壓強(qiáng)度UCS的參數(shù)標(biāo)定方案，最終得到了一組與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果相符的顆粒流模型細(xì)觀參數(shù)。
　　(2)以顆粒流程序PFC2D為平臺(tái)，在上述標(biāo)定后

3、的巖石顆粒流模型細(xì)觀參數(shù)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了黏結(jié)拉伸強(qiáng)度值服從Weibull分布的非均質(zhì)巖樣，模擬分析了單軸壓縮條件下不同均質(zhì)度巖樣的聲發(fā)射特征，并引用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的 Z檢驗(yàn)方法量化了巖樣聲發(fā)射平靜期異常顯著程度。結(jié)果表明巖樣的聲發(fā)射平靜期在均質(zhì)度為b=8至 b=12的局部范圍內(nèi)非常顯著；均質(zhì)度 b=14的巖樣聲發(fā)射平靜期異?，F(xiàn)象較為顯著；其它均質(zhì)度的巖樣沒(méi)有明顯的聲發(fā)射平靜期。
　　(3)采用同樣的方法構(gòu)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(jié)果表明巖樣剛度異常區(qū)域的空間分布對(duì)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(kuò)展其在受力方向上的延伸長(zhǎng)度（同時(shí)縮小異常區(qū)域垂直方向的延伸長(zhǎng)度），發(fā)現(xiàn)延伸長(zhǎng)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(zhǎng)度越長(zhǎng)，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