摘要:

利用双轴伺服试验机开展花岗岩巷道岩爆模拟试验,采用声发射系统获取岩爆全过程的波形信号.基于频谱分析理论,研究岩爆孕育、发生全过程的声发射信号主频特性.研究结果表明:双轴加载条件下花岗岩巷道岩爆声发射主频分布区间为0.4～110 kHz,其中99％以上的主频值集中在35～65 kHz.声发射信号主频的分布随岩爆演化可分为3个阶段:(1)岩爆孕育前期,大部分主频值集中在35～65kHz和15～25 kHz区间,且有一定数量接近0.4 kHz的低频值出现,极少出现接近110 kHz的高频值;(2)岩爆孕育中期,主频值集中在35～65 kHz区间,接近0.4 kHz的低频值基本消失,少量接近110 kHz的高频值开始出现;(3)岩爆发生阶段,35～65 kHz区间内的主频数量骤减,接近0.4 kHz的低频值极少出现,接近110 kHz的高频值密集出现.研究结果为优选声发射监测频段提供了方法和依据,且对巷道岩爆的监测预警工作具有重要理论意义.

摘要:

针对岩石力学试验声发射时差定位算法中时延估计精度受诸多不确定因素的影响问题，提出全相位相位差法时延估计，通过小波分解与全相位频谱分析相结合求解相位差得到声发射信号的时延估计。利用小波分解找到不同传感器接收到的声发射信号中的同一主频的子带信号；对这些同一主频的子带信号分别做全相位频谱分析，得到每个子带信号中间样点的相位，再根据相位差与时间差的关系求出声发射信号到达不同传感器之间的时间差；进而利用时差定位法反演声发射源，实现了声发射源更精确的定位。在花岗岩（50 mm×100 mm×50 mm）上进行断铅试验，选取10个测点，经声发射监测验证结果表明，该时延估计方法能有效地减小声发射源定位的误差，提高声发射源的定位精度，平均绝对误差比美国PCI-2型声发射仪器定位结果提高约3 mm，该方法为反演声发射源提供了一种有效途径。

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研究湍流模拟方法对三维圆柱绕流数值模拟精度的影响,分别采用雷诺平均法(RANS)中的κ-ω模型、SST模型以及大涡模拟法(LES)对亚临界区内雷诺数Re=3 900时的三维圆柱绕流进行数值计算,分析了圆柱体表面的受力、圆柱后流场时均速度特性与瞬时涡量分布情况.结果表明,当流体流过圆柱表面时,圆柱表面出现的与流速方向相反的负压力差区域使流体从圆柱表面分离,引起了不稳定的周期性交替脱落的湍流涡泄,从而在圆柱表面产生周期性波动的升力,同时在圆柱后近流场区域形成回流区.研究还发现,LES法对圆柱体的受力以及流场时均速度特性的模拟效果要优于κ-ω模型与SST模型;相较于前人利用浸入边界法得到的模拟结果,LES法的模拟精度也有了较大提升;同样,通过对瞬时流场涡量等值线图的分析,并与已有的模拟结果进行对比,发现LES法不但可以从整体上表现出漩涡的周期性脱落,而且对流场中不同位置的、复杂的小尺度湍流涡泄也描述得非常细致,得到的自由分离剪切层长度与湍流涡泄的卷曲度更符合湍流涡泄的特征.所以,在亚临界区,LES法对湍流的模拟效果相对较好.

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本发明公开了一种充填体-岩柱系统力学作用机理试验方法，包括如下步骤：加工制备岩柱试件和自制弹性模块，并将电阻应变片进行粘贴、防水、防潮处理；将岩柱试件进行应变片粘贴与防水处理后置于方形侧限钢板模具中间位置，将配好的充填料浆充入钢板模具中，并将提前处理好的与充填料浆配比相配套的电阻应变片模块埋入充填体内，待充填料浆充满钢板模具后，刮平表面，将应变片连接的导线引领好，并作以标记，待充填体养护一定龄期后取出，按试验要求将内埋应变片连接导线与装置外的应变仪连接后，按要求进行加载试验。本发明对加载过程中充填体内部变形破坏规律、岩柱破坏特性以及压缩时间关系特性进行分析研究。

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通过开展自然花岗岩单轴压缩声发射实验,获取岩石变形破裂全过程声发射波形信号,基于频谱分析理论,分析花岗岩破裂过程声发射主频演化规律,研究花岗岩变形破裂的主频多元前兆特征.研究结果表明:最高频、最低频、敏感主频出现率和主频变异系数4个参数能够从不同角度反映岩石破裂过程,适合作为岩石失稳预测的主要参数;岩石破裂前,最高频密集出现接近110 kHz的主频值,最低频由接近0.4 kHz低频值密集出现的活跃期转入极少接近0.4 kHz低频值出现的稳定期;35~45 kHz频段的主频值对此类花岗岩内部裂纹积聚最为敏感,加载后期此频段主频出现率突现大幅度下降并转入平静;主频变异系数在岩石破裂前密集出现较大幅度上升点.经统计分析,4个参数对岩石破裂前兆的响应时间从早到晚依次为最高频、最低频、敏感主频出现率和主频变异系数.不同参数能够从不同角度反映岩石内部裂纹演化过程,鉴于岩石变形破坏的复杂性,建议对各参数进行联合分析,为岩石破裂灾变提供更可靠的预警信息.

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以乌鲁木齐市为例,采用多因素综合评价法,展开对研究区的土地整理潜力评价.从土地投入强度、土地利用强度、土地可持续利用度三个准则层面进行潜力评价指标体系的构建,确定评价指标权重系数,同时进行评价指标合理值的确定,进行评价指标标准化及等级划分,最后分析评价结果.结果显示,乌鲁木齐市土地整理潜力值为5.72,处于中等偏上级别,具有较大的潜力,该研究可为乌鲁木齐市及其他地区的土地整理工作提供一定的参考作用.

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通过对含水砂岩进行单轴加载声发射试验,获取声发射信号.对整个加载过程声发射信号进行FFT变换,发现随着加载地进行,声发射信号的峰值频率由60 kHz下降到40 kHz,平均主频比自然状态下的砂岩平均主频降低了1 kHz；通过分析能量和岩石声发射事件数之间的关系,发现能量与对应声发射事件数之间的比值越大,说明能量是由较大的破裂导致的,而能量值与对应声发射事件数之间的比值越小(数量级在104以下),说明能量是由多个小破裂同时产生积聚而成的；用Welch法做功率谱估计,发现得到的声发射信号其功率谱大致分为A、B两种,B类功率谱对应信号的相位突变性强.选取一些较大能量信号,计算这些信号出现之前的B类型功率谱出现的几率,发现越接近破裂出现B类型功率谱的几率越大.研究结果为分析岩石破裂全过程的声发射特性提供了一条新的思路,也为声发射应用于岩石破裂失稳预报奠定了一定的工作基础.

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一种岩石灾变声发射优势频段确定方法，包括以下步骤：制备长方体试样；将声发射传感器贴在长方体试样上，传感器和试样之间涂凡士林；利用岩石力学试验机对试样施加载荷，利用声发射传感器接收声发射信号；利用声发射频谱分析系统，对接收到声发射信号进行快速傅里叶变换，获得二维频谱图；选择试样从加载到破坏整个过程三种类型传感器接收的声发射波形信号，对所有波形进行FFT变换，获得不同时刻声发射信号主频和主频幅值信息，绘制三种类型传感器条件下声发射信号幅值-主频关系图；对比分析三种类型传感器条件下声发射信号幅值-主频关系图，观察三种类型传感器接收声发射信号频率范围，确定该类岩石灾变声发射监测优势频段。

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本发明公开了一种模拟开挖卸荷作用导致巷道发生应变型岩爆的实现方法，属于地质模拟实验领域，包括以下步骤：孔洞内充填混凝柱：控制灰砂比，加入絮凝剂，通过测试混凝柱的抗压强度、抗拉强度、泊松比、弹性模量的力学参数，使得混凝柱的力学性质和巷道围岩参数误差控制在10％以下，然后将混凝土搅拌均匀后填入通孔中。本发明的有益效果如下：本发明提供了一种模拟开挖卸荷作用导致巷道发生应变型岩爆的实现方法，可充分考虑现场中不同的自重应力场和构造应力场联合作用背景下，在岩体中进行巷道掘进过程中发生应变型岩爆的过程。并且联合其他监测手段，采集岩爆的孕育、发生及岩爆后的破裂过程的各类物性变化参数，可靠性强。

摘要:

以美国Therma CAM SC3000红外热像仪为观测手段，选取含孔花岗岩进行不同水平应力下巷道岩爆模拟实验，并结合数值模拟，对岩爆过程中应力分布和红外辐射温度变化特征进行了实验研究。结果表明：1)轴向应力与水平应力比值随着水平应力的增大而减小，水平应力越高，岩爆发生的最大主应力值也相应提高。2)岩爆发生的红外前兆时空演化特征：主破裂前，孔洞左右两侧平均红外辐射温度表现为突然升温型或略降转升型，对应的破裂机制分别为压剪破裂和先张拉后压剪的复合破裂形式；主破裂沿孔洞左右两侧高温异常条带扩展。3)岩爆过程中，孔洞上、下区域增温幅度比左右两侧低，增温较为稳定，孔洞上边区域AIRT均比孔洞下边区域高。(4)水平应力越大，孔洞周围平均红外辐射温度越高。