Vol.29 Suppl 2 宋波等：金属矿山岩体声发射时间序列特征的试验和模拟研究 83。 面宽度定义为08×103m,如图15所示，为与其 为复杂，当薄弱面的强度条件对岩石破裂角的剪切 他颗粒相区别，在图中显示颜色为白色，此时岩石试 强度影响不大时，其破坏形式与密实不含裂隙岩石 样内部颗粒处于平衡状态，没有发生破坏. 的主破裂情况相差不多时，它的区别在于破坏后期 声发射信号更加复杂，破坏点较多分布在岩石破裂 角和薄弱面区域. 根据不同裂隙方向的数值岩石试样的模拟分 析，发现在同样的基本模型前提下，剪切方向薄弱面 试样内部破坏情况以剪切破坏为主，力学性能较差. 而包含轴向薄弱面的岩石试样内部破坏前期同密实 岩石近似相同，后期分别沿破坏角和薄弱面破坏，体 现出较为复杂的破坏形态. 4 结论 图15含轴向裂纹模拟岩石试样 ()矿山工业矿体破坏类型主要为脆性破坏， 含轴向裂纹模拟岩石试样模型生成并达到内部 按照声发射信号发生情况主要分为五个阶段，初始 平衡后，就对模拟试样进行单轴压缩试验，记录应力 微信号产生阶段，扩大发展阶段，前兆破坏阶段，主 一应变关系如图16所示. 破裂形成信号峰值阶段，破坏后粘滑信号振荡阶段 其中，信号产生和发展两个阶段在某些包含裂纹岩 石试样的压缩试验中没有明显区分，但总体破坏前 兆阶段较易辨认.为破坏发生的预测提供方便 (2)含裂隙岩体受压破坏大体可细分为四个阶 段，岩石内部裂纹开始初步扩张或萌生时，平均每次 声发射释放的能量较小，属裂隙压密阶段：岩石内部 00.20.40.60.81.0121.41.61.82.02.2 新裂纹大量出现阶段，对应于岩石试样初始主破裂 应变/10-2 发生，平均每次声发射释放的能量最大：岩石破裂后 残余承载阶段，此时平均声发射释放能量低于主破 图16含轴向裂纹模拟岩石试样应力一应变曲线 裂，高于初始阶段，是较多裂缝开展摩擦，岩石大范 从图17中可以看到，虽然沿薄弱面产生了很多 围破裂阶段：在岩石完全丧失承载能力，无法稳压而 破坏点，但含轴向裂隙的模拟岩石试样仍然同密实 完全破坏阶段主要是沿已经成形的剪切破坏面的滑 岩石试样一样，破坏点较多分布在岩石破裂角方向. 动，在此过程中滑动面上的剪切力会切断突出的岩 之后岩石试样继续加载，此时沿薄弱面发生大量的 石相交错部分，平均每次声发射的能量也较大. 破坏点，并且很多为剪切连接破坏.结合颗粒位移 (3)引入单次振铃的平均能量来进行声发射信 趋势图可以看出，试样内的颗粒位移表现较复杂，初 号辨别，证明平均能量参数可以在含裂隙岩体岩石 期主要沿着岩石破裂角方向移动，加载后期则分别 复杂声发射信号中起到鉴别作用 沿岩石破裂角和薄弱面移动.从图中破坏类型可以 (4)通过模拟岩石试样的轴向压缩来分析试样 看出，此阶段破坏类型主要为法向连接破坏而非剪 的破坏情况和力学性能，得出声发射模拟结果的变 切破坏 化趋势与实际岩石试样的声发射变化趋势基本一 致，分为四个变化阶段，即：初始区、前兆区，破坏区 和残余区.通过对包含裂隙的数值岩石试样进行模 拟试验分析，得知裂隙走向和试样内部破坏有很大 关系，沿剪切方向的薄弱面会对岩石试样的强度造 成很大影响，是监测过程中需要重点考虑的部分， 沿轴向方向的薄弱面岩石试样内部破坏情况较为复 图17 含轴向裂纹模拟岩石试样裂隙发展 杂，前期同密实岩石近似相同，后期分别沿破坏角和 综上可以得出，含轴向裂隙岩石试样的破坏较 薄弱面破坏，面宽度定义为 0.8 ×10 -3 m, 如图 15 所示, 为与其 他颗粒相区别, 在图中显示颜色为白色, 此时岩石试 样内部颗粒处于平衡状态, 没有发生破坏. 图 15 含轴向裂纹模拟岩石试样 含轴向裂纹模拟岩石试样模型生成并达到内部 平衡后, 就对模拟试样进行单轴压缩试验, 记录应力 -应变关系如图 16 所示. 图 16 含轴向裂纹模拟岩石试样应力-应变曲线 从图 17 中可以看到, 虽然沿薄弱面产生了很多 破坏点, 但含轴向裂隙的模拟岩石试样仍然同密实 岩石试样一样, 破坏点较多分布在岩石破裂角方向 . 之后岩石试样继续加载, 此时沿薄弱面发生大量的 破坏点, 并且很多为剪切连接破坏 .结合颗粒位移 趋势图可以看出, 试样内的颗粒位移表现较复杂, 初 期主要沿着岩石破裂角方向移动, 加载后期则分别 沿岩石破裂角和薄弱面移动.从图中破坏类型可以 看出, 此阶段破坏类型主要为法向连接破坏而非剪 切破坏. 图 17 含轴向裂纹模拟岩石试样裂隙发展 综上可以得出, 含轴向裂隙岩石试样的破坏较 为复杂, 当薄弱面的强度条件对岩石破裂角的剪切 强度影响不大时, 其破坏形式与密实不含裂隙岩石 的主破裂情况相差不多时, 它的区别在于破坏后期 声发射信号更加复杂, 破坏点较多分布在岩石破裂 角和薄弱面区域. 根据不同裂隙方向的数值岩石试样的模拟分 析, 发现在同样的基本模型前提下, 剪切方向薄弱面 试样内部破坏情况以剪切破坏为主, 力学性能较差. 而包含轴向薄弱面的岩石试样内部破坏前期同密实 岩石近似相同, 后期分别沿破坏角和薄弱面破坏, 体 现出较为复杂的破坏形态. 4 结论 ( 1) 矿山工业矿体破坏类型主要为脆性破坏, 按照声发射信号发生情况主要分为五个阶段, 初始 微信号产生阶段, 扩大发展阶段, 前兆破坏阶段, 主 破裂形成信号峰值阶段, 破坏后粘滑信号振荡阶段. 其中, 信号产生和发展两个阶段在某些包含裂纹岩 石试样的压缩试验中没有明显区分, 但总体破坏前 兆阶段较易辨认, 为破坏发生的预测提供方便. ( 2) 含裂隙岩体受压破坏大体可细分为四个阶 段, 岩石内部裂纹开始初步扩张或萌生时, 平均每次 声发射释放的能量较小, 属裂隙压密阶段 ;岩石内部 新裂纹大量出现阶段, 对应于岩石试样初始主破裂 发生, 平均每次声发射释放的能量最大;岩石破裂后 残余承载阶段, 此时平均声发射释放能量低于主破 裂, 高于初始阶段, 是较多裂缝开展摩擦, 岩石大范 围破裂阶段 ;在岩石完全丧失承载能力, 无法稳压而 完全破坏阶段主要是沿已经成形的剪切破坏面的滑 动, 在此过程中滑动面上的剪切力会切断突出的岩 石相交错部分, 平均每次声发射的能量也较大. ( 3) 引入单次振铃的平均能量来进行声发射信 号辨别, 证明平均能量参数可以在含裂隙岩体岩石 复杂声发射信号中起到鉴别作用 . ( 4) 通过模拟岩石试样的轴向压缩来分析试样 的破坏情况和力学性能, 得出声发射模拟结果的变 化趋势与实际岩石试样的声发射变化趋势基本一 致, 分为四个变化阶段, 即 :初始区、前兆区, 破坏区 和残余区.通过对包含裂隙的数值岩石试样进行模 拟试验分析, 得知裂隙走向和试样内部破坏有很大 关系, 沿剪切方向的薄弱面会对岩石试样的强度造 成很大影响, 是监测过程中需要重点考虑的部分. 沿轴向方向的薄弱面岩石试样内部破坏情况较为复 杂, 前期同密实岩石近似相同, 后期分别沿破坏角和 薄弱面破坏 . Vol.29 Suppl.2 宋 波等:金属矿山岩体声发射时间序列特征的试验和模拟研究 · 83 ·