煤系典型岩石受载全过程光−电−声波多参数响应特征OA北大核心

【目的】岩石在载荷作用下的变形与断裂会引起潜在参数信息的变化,通过参数的动态捕捉可表征裂隙生成、扩展、闭合过程,是一种岩石健康评价的重要方法。【方法】基于搭建的多参数测试系统,开展单轴加载条件下岩石试件的分布式光纤应变、电极电流、纵波波速的同步采集,进一步构建强度−参数特征关系图谱以及参数层析成像结果,精细描述了砂岩、灰岩、泥岩3类典型岩石受载全过程多参数的时空演化特征。【结果和结论】试验结果表明:时间−压力曲线和多参数响应曲线具有较好的一致性,螺旋布设的分布式光纤应变在试件的原生孔隙压缩和线弹性阶段表现为缓慢、稳定的增长,在裂隙生成、扩展阶段表现为突然、快速的增长。试验中,砂岩、灰岩、泥岩的临破裂分布式光纤应变值分别为933×10−6,401×10−6和3790×10−6;电极电流在原生孔隙压缩和线弹性阶段变化微小,在裂隙生成、扩展阶段明显地降低、裂隙闭合时有一定回升;在原生孔隙压缩、线弹性、破裂阶段,砂岩的纵波波速分别为4.31、4.39、1.26 km/s,灰岩的纵波波速分别为4.80、4.93、3.10 km/s,泥岩的纵波波速分别为3.65、3.57、1.71 km/s。通过获得的岩石受载全过程能量值,构建了损伤变量D来评价岩石试件的损伤演化程度,砂岩的D值经历了缓增−降低−突增3个阶段,灰岩的D值经历了缓慢增大−快增−停滞−突增4个阶段,泥岩的D值经历了缓慢增大−快增−突增3个阶段。基于分布式光纤应变测试结果,探究了不同岩性岩石试件的破裂模式,为载荷下次生裂隙生成、扩展以及潜在破裂面位置预测提供支持。