基于实时加载CT扫描岩石细观损伤、破坏过程声发射表征的实验研究

The application of acoustic emission technology is very wide in the rock mass engineering disasters and the research of rock failure mechanism in laboratory. But because the rock internal micro crack is not visible in the failure process, it is difficult to deduce the development law of rock internal micro crack in the mesoscopic level only relying on the acoustic emission, then acoustic emission can not be applied to characterize the rock failure accurately, and the purpose of forecasting and quantificational analyzing rock damage, instability and failure through the acoustic emission can not be attained. Based on this, the project realizes the visual analysis of failure process and reveals the essence of occurrence of acoustic emission though the real-time acoustic emission acquisition and no-unloading CT scanning. And according to the result of space location of acoustic emission event, regional separation CT scan is made, the relationship between the distribution law of the acoustic emission signal characteristic and related parameters and the types of mesoscopic failure is studied, the relationship between acoustic emission parameters and micro crack length, micro crack width, rock porosity, CT attenuation coefficient and crack density is studied. Based on the acoustic emission parameters, mathematical models of rock failure and damage characterization are establish and the criterion of rock failure, instability and damage is put forward. The research results have important theoretical guidance meaning on further revealing the essence of rock failure process and the occurrence of acoustic emission and promoting the application of acoustic emission technology in engineering and laboratory.

声发射技术在岩体工程灾害及实验室岩石破坏机理研究等方面应用十分广泛。但由于在破坏过程中岩石内部微破裂的不可见性，导致仅仅依靠声发射很难从细观层次上推断出岩石内部微破裂的发展规律，也就无法准确应用声发射表征破坏，达不到通过声发射定量分析、预测岩石损伤、破坏失稳的目的。基于此，本项目通过实时声发射采集和CT不卸载扫描，实现破坏过程的可视化分析，揭示声发射发生的本质。并依据声发射事件空间定位结果，进行分区域CT扫描，研究声发射信号特征及相关参数分布规律与细观破坏类型之间的关系，研究声发射参数与微裂纹长度、宽度、岩石孔隙率、CT衰减系数和裂纹密度变化之间的关系，建立基于声发射参数的岩石损伤、破坏表征的数学模型，并提出岩石损伤、破坏失稳判据。本研究结果对于深入揭示岩石破坏过程、声发射发生本质，促进声发射技术在工程及实验室中的应用具有重要的理论指导意义。

声发射技术在岩体工程灾害及实验室岩石破坏机理研究等方面应用十分广泛。但由于在破坏过程中岩石内部微破裂的不可见性，导致仅仅依靠声发射很难从细观层次上推断出岩石内部微破裂的发展规律，也就无法准确应用声发射表征破坏。基于此，本项目通过实时声发射采集和CT不卸载扫描，实现破坏过程的可视化分析，揭示声发射发生的本质。并依据声发射事件空间定位结果，进行分区域CT扫描，研究声发射信号特征及相关参数分布规律与细观破坏类型之间的关系，研究声发射参数与微裂纹长度、宽度、岩石孔隙率、CT衰减系数和裂纹密度变化之间的关系，建立基于声发射参数的岩石损伤、破坏表征的数学模型，并提出岩石损伤、破坏失稳判据。. 本项目研制了与CT系统和声发射测试分析系统配套的加载装置，实现了实时加载CT扫描和声发射实时采集同步进行。研究表明，从CT图像可以观测到不同加载阶段试样中微裂纹闭合、扩展、分叉等细观损伤活动。破坏模式不同反映了破坏过程和破坏机理的不同，破坏从规模较大的原生微裂纹处起裂，起裂载荷约为峰值载荷的80%-90%，无原生裂纹区域和含坚硬夹层区域发生突发性脆性破坏，坚硬夹层对破坏模式起控制作用。声发射事件主要来源于加载初期新生裂纹的形成、原生裂纹的压密及裂纹的稳定扩展，此时声发射信号为突发型。裂纹的起裂和非稳定扩展过程不能形成声发射事件，此时声发射信号为连续型。能量累积陡增是裂纹起裂、分叉及宏观破坏的标志，原生裂纹压密及裂纹分岔的能量值约为裂纹稳定扩展和加载初期新生裂纹3-4倍，初步建立了声发射能量、振铃计数参数对孔隙、裂隙的表征关系，可以通过声发射表征参数的变化情况推断岩石试件的破坏程度。本研究结果对于深入揭示岩石破坏过程、声发射发生本质，促进声发射技术在工程及实验室中的应用具有重要的理论指导意义。