石膏和砂岩试样损伤破裂及声发射时空演化规律研究

陈栋^1,2，王恩元^1,2，李楠^3,4，王笑然^1,2

1. 中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室2. 中国矿业大学安全工程学院3. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室4. 四川煤矿安全监察局安全技术中心

摘 要：通过对石膏和砂岩试样进行单轴压缩声发射试验,获取两种试样破裂全过程中的载荷-轴向变形曲线及声发射参数,观察试样破裂失稳情况,分析破裂过程中的声发射时空演化规律和波形的多重分形特征。研究结果表明:砂岩试样的单轴抗压强度是石膏试样的7倍多;由于岩性的变化,石膏和砂岩试样的破裂宏观形态由"X"型变化到倒"Y"型;两种试样声发射脉冲计数与应力变化规律比较一致,但是砂岩试样脉冲计数的最大值远远大于石膏试样;两种试样三维空间定位点分布与各自破裂宏观形态是一致的,但出现的时间以及分布位置是不同的;二者破裂过程中的波形都具有多重分形特征,破裂时的多重分形谱宽Δf（α）小于破裂前的Δf（α）,破裂前的Δf（α）小于破裂后的Δf（α）,砂岩试样各阶段的Δf（α）都小于石膏试样对应各阶段的Δf（α）。表明两种试样在破裂时的能量大于破裂前,破裂前的能量大于破裂后,而且石膏在各个阶段的能量小于砂岩对应各阶段的能量。通过对比分析,更加深入了解石膏冲击破裂的规律。石膏和砂岩一样会发生冲击破裂,只是冲击破裂形式不同,而且在同等条件下,石膏破裂产生的能量小于砂岩,为石膏矿冲击地压的防治打下了理论基础。

关键词：岩石力学;破裂形态;声发射脉冲计数;定位演化;多重分形;FFT;最高频;