雷能忠，張向波，鐘瑜隆，柯榮利，李世峰(1.國(guó)土資源部丘陵山地地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 35000;.武夷學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，福建 武夷山 354300)

武夷山風(fēng)景區(qū)紅色砂礫巖剪切聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)

雷能忠1,2，張向波2，鐘瑜隆2，柯榮利2，李世峰2
(1.國(guó)土資源部丘陵山地地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002;2.武夷學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，福建 武夷山 354300)

對(duì)取自武夷山風(fēng)景區(qū)內(nèi)一線天景點(diǎn)巖體的3個(gè)白堊系崇安組紅色砂礫巖樣品進(jìn)行聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，得到樣品在剪切破壞過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，聲發(fā)射參數(shù)與應(yīng)力、應(yīng)變、時(shí)間之間的關(guān)系。紅色砂礫巖剪切破壞過(guò)程分為壓密階段、彈性變形階段、局部破壞階段、二次彈性階段和失穩(wěn)破壞五個(gè)階段，各階段聲發(fā)射能量、振鈴計(jì)數(shù)、累積能量與累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)變化很大,出現(xiàn)兩個(gè)聲發(fā)射平靜期與突變期。兩個(gè)平靜期與彈性變形階段和二次彈性變形階段對(duì)應(yīng)，兩個(gè)突變期與局部破壞階段和失穩(wěn)破壞階段對(duì)應(yīng)。小波分析表明，存在兩個(gè)信號(hào)不連續(xù)點(diǎn)，在應(yīng)力應(yīng)變曲線中對(duì)應(yīng)局部破裂階段和失穩(wěn)破壞階段。不同階段樣品之間的聲發(fā)射參數(shù)變化與巖石剪切面不均一性有關(guān)。巖石剪切破壞過(guò)程聲發(fā)射特性為巖體穩(wěn)定性的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

武夷山風(fēng)景區(qū)；紅色砂礫巖；聲發(fā)射；剪切實(shí)驗(yàn)

0 引言

武夷山九曲溪景區(qū)由一線天、玉女峰、大王峰、天游峰等造型奇特的巖體構(gòu)成。景區(qū)巖體以單斜巖層分布為特點(diǎn)，為白堊系崇安組紅色砂礫巖[1]。隨著旅游開(kāi)發(fā)程度提高，武夷山九曲溪景區(qū)主要景點(diǎn)巖體穩(wěn)定性問(wèn)題開(kāi)始得到重視。

巖石內(nèi)部晶體具有不規(guī)則性，當(dāng)巖石受到外力作用時(shí)，內(nèi)部晶體發(fā)生滑動(dòng)，產(chǎn)生裂紋直到破壞，都有聲發(fā)射產(chǎn)生[2]。文獻(xiàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些學(xué)者從不同的聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用角度，對(duì)巖石進(jìn)行聲發(fā)射室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。因?qū)嶒?yàn)巖石樣品產(chǎn)地不一，巖石物理力學(xué)性質(zhì)也相差很大，不同巖石的聲發(fā)射參數(shù)和波形特征存在顯著差異[3-11]。聲發(fā)射是研究巖石失穩(wěn)破壞的一個(gè)良好手段，它是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)的方法，能持續(xù)監(jiān)測(cè)巖石在應(yīng)力作用下內(nèi)部裂紋出現(xiàn)與擴(kuò)展過(guò)程，成為巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的一種有效方法[12-16]。

為使用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)武夷山風(fēng)景區(qū)主要景點(diǎn)巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在此研究之前，我們已經(jīng)進(jìn)行了武夷山九曲溪景區(qū)紅色砂礫巖單軸受壓破壞全過(guò)程聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)研究[17]。在地殼應(yīng)力環(huán)境下，巖石受力形式是多種多樣的，不僅有受壓，也會(huì)有受剪，受拉或受扭等變形破壞。在很多情況下，因重力釋荷和斷層活動(dòng)引發(fā)的剪切破壞常常是巖石破壞的主要類(lèi)型。本研究將重點(diǎn)探討巖石在剪切破壞全過(guò)程中的聲發(fā)射特性，這是課題中一系列紅色砂礫巖聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)研究的一部分，為武夷山風(fēng)景區(qū)巖體穩(wěn)定性的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)資料。

1 紅色砂礫巖剪切聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)采用剪切試驗(yàn)系統(tǒng)和聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)兩套裝置(圖1)。剪切試驗(yàn)系統(tǒng)是HUT微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)由壓力機(jī)主機(jī)、液壓源、DTC控制器、剪切夾具及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，能滿(mǎn)足負(fù)荷、變形、位移的三閉環(huán)控制要求，HUT 試驗(yàn)機(jī)軟件能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、處理數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和力-位移、力-時(shí)間、位移-時(shí)間等多種試驗(yàn)曲線。

圖1 剪切劈裂聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental installation of acoustic emission under the shear force condition

聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)為北京聲華雙通道SAEU2S聲發(fā)射系統(tǒng)，每一通道測(cè)量部件包括聲發(fā)射傳感器、前置放大器以及采集卡。聲發(fā)射系統(tǒng)采用USB通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，其聲發(fā)射采集卡是安裝在專(zhuān)用的獨(dú)立主機(jī)箱中，再連接到計(jì)算機(jī)USB接口上，能夠?qū)崟r(shí)采集和顯示聲發(fā)射信號(hào)波形和參數(shù)，記錄全部的聲發(fā)射原始波形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)30 MB/s連續(xù)波形數(shù)據(jù)、40萬(wàn)組/s連續(xù)特征參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)巖石樣品取自武夷山九曲溪景區(qū)一線天景點(diǎn)裸露巖體，巖體呈層狀產(chǎn)出，厚度在0.2～2 m，變化較大，局部呈現(xiàn)巨厚層，傾向北西，傾角在15°～35°之間。巖體中不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面主要有兩組，一組是緩傾斜巖層面，另一組為重力釋荷作用形成的近垂直節(jié)理面。

巖性為砂礫巖，淡紅到紫紅，少量灰白，礫石成分復(fù)雜多樣，以石英砂巖、石英巖、火山凝灰?guī)r和火山角礫巖為主。膠結(jié)物為鈣鐵質(zhì)，局部硅染，巖石較堅(jiān)硬，表層巖石風(fēng)化作用強(qiáng)。對(duì)取得的巖石進(jìn)行加工，獲得3個(gè)樣品。樣品詳細(xì)情況見(jiàn)表1。表中巖石樣品的剪切強(qiáng)度明顯小于文獻(xiàn)[17]中的單軸抗壓強(qiáng)度。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品一覽表Table 1 List of experimental samples

圖2是剪切破壞得到的巖石樣品?？梢钥闯?，剪切作用形成的剪切破裂面呈現(xiàn)鋸齒狀，貝殼狀破裂面主要出現(xiàn)在硅質(zhì)礫石分布處。

圖2 PL-2樣品剪切破壞照片F(xiàn)ig.2 Shear failure photo of rock sample PL-2

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

步驟一：?jiǎn)?dòng)聲發(fā)射系統(tǒng)，用斷鉛試驗(yàn)測(cè)試探頭靈敏度。

步驟二：將與探頭連接好的巖石樣品放入剪切劈裂夾具內(nèi)，再將剪切夾具放入萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)上。

步驟三：?jiǎn)?dòng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)調(diào)整上部壓盤(pán)剛好接觸剪切夾具頂部。

步驟四：使聲發(fā)射記錄軟件和萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)記錄軟件同時(shí)開(kāi)始記錄，保持聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)同步進(jìn)行。對(duì)加載系統(tǒng)采用軸向等速率負(fù)荷控制加載，加載速率為0.3 kN/s。SAEU2聲發(fā)射采集卡連接2個(gè)獨(dú)立通道，通道前端接一個(gè)探頭，探頭為SR40M型，其頻域?yàn)?0～400 kHz，前置放大器類(lèi)型為PAI寬帶前置放大器，其增益為40 dB。

步驟五：試驗(yàn)結(jié)束，導(dǎo)出聲發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 巖石的應(yīng)力應(yīng)變

利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件計(jì)算得出每一時(shí)間的應(yīng)力、應(yīng)變值，繪制相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(圖3)。三個(gè)樣品在剪切應(yīng)力作用下都經(jīng)歷了五個(gè)階段變形，即巖體壓密階段、彈性變形階段、局部破壞階段、二次彈性變形階段和失穩(wěn)破壞階段?？梢园l(fā)現(xiàn)，樣品PL-3的初始?jí)好艿淖冃蜗鄬?duì)于另外兩個(gè)樣品偏大。三個(gè)樣品在局部破壞階段后期，均會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力減小的瞬間，而后應(yīng)力逐漸增加進(jìn)入二次彈性變形階段。PL-2樣品的較高剪切強(qiáng)度，與樣本中出現(xiàn)的硅質(zhì)膠結(jié)物質(zhì)有關(guān)。

圖3 3個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of three experimental samples

2.2 巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線與聲發(fā)射能量的關(guān)系

從圖4中可以看出，三個(gè)樣品聲發(fā)射能量的變化總體上比較相似，在巖石的壓密階段，此階段巖石的應(yīng)變比較大，但巖石并未發(fā)生破裂，基本無(wú)聲發(fā)射能量產(chǎn)生；彈性階段，所產(chǎn)生的聲發(fā)射能量較少，說(shuō)明彈性階段巖石僅僅有輕微的晶格位移，并未產(chǎn)生宏觀裂縫；局部破裂階段，能量發(fā)生突變，產(chǎn)生劇烈的聲發(fā)射能量變化。隨著這次裂紋能量釋放的結(jié)束，巖石內(nèi)部又形成一個(gè)新的平衡，進(jìn)入二次彈性變形階段，基本無(wú)聲發(fā)射能量的產(chǎn)生。當(dāng)?shù)竭_(dá)最后失穩(wěn)破壞階段時(shí)，巖石被剪切破壞形成大量宏觀裂縫，產(chǎn)生的聲發(fā)射能量隨著巖石完全破裂而突然釋放。

巖石剪切破壞過(guò)程的聲發(fā)射特征與巖石單軸受壓過(guò)程的聲發(fā)射特征相比明顯不同[6,17]，文獻(xiàn)[6]與[17]把巖石單軸受壓的聲發(fā)射過(guò)程分為壓密變形、彈性變形、塑性變形、破裂四個(gè)階段，而巖石剪切破壞分為壓密階段、彈性變形階段、局部破壞階段、二次彈性變形階段和失穩(wěn)破壞共五個(gè)階段。圖4中可以清楚的看到一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即巖石的第一個(gè)破裂階段，把整個(gè)巖石剪切破裂劃分為前后兩部分，前面部分為第一次加壓，后面一部分則可看為循環(huán)第二次加荷。巖石受剪切破壞過(guò)程即為一個(gè)循環(huán)荷載作用下的動(dòng)態(tài)過(guò)程：巖石加壓產(chǎn)生局部裂紋，釋放能量，然后進(jìn)入一個(gè)平衡狀態(tài)，繼續(xù)加壓，到最后巖石失穩(wěn)破裂，繼續(xù)釋放較大能量。

圖4 3個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品應(yīng)力-應(yīng)變與聲發(fā)射能量關(guān)系圖Fig.4 Relations between strain-stress and AE energy of three experimental samples

2.3 巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線與聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)的關(guān)系

從圖5可以看出，三個(gè)樣品的聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)的變化基本與能量變化一致，均在局部破裂階段和失穩(wěn)破壞階段產(chǎn)生劇烈的變化。由此可根據(jù)樣品在受剪切時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變來(lái)估計(jì)樣品聲發(fā)射參數(shù)變化，或者通過(guò)樣品聲發(fā)射參數(shù)變化來(lái)反推樣品處于變形的哪一階段，從而確定樣品是否將要失穩(wěn)。

圖5 3個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品應(yīng)力-應(yīng)變與聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)關(guān)系圖Fig.5 Relations between strain-stress and AE ringing counts of three experimental samples

2.4 應(yīng)力應(yīng)變曲線與聲發(fā)射累積能量、累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)的關(guān)系

為了更直觀展示各個(gè)階段聲發(fā)射參數(shù)特性，捕捉巖石破裂前的聲發(fā)射現(xiàn)象，可以做出三個(gè)樣品的應(yīng)力-應(yīng)變-累積能量圖與應(yīng)力-應(yīng)變-累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)圖。圖6僅僅展示了樣品PL-3的情況，PL-1、PL-2樣品與此相似。

由圖6可以清晰看出，樣品剪切破壞全過(guò)程中聲發(fā)射累積能量與聲發(fā)射累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)都經(jīng)歷了兩個(gè)明顯的平靜期與突變期，兩個(gè)平靜期分別與彈性變形階段和二次彈性變形階段對(duì)應(yīng)，兩個(gè)突變期分別于局部破裂階段和失穩(wěn)破壞階段對(duì)應(yīng)。聲發(fā)射累積能量與累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)特征指示樣品最終破裂前是經(jīng)歷過(guò)一個(gè)聲發(fā)射的相對(duì)平靜期才發(fā)生的，而且在此平靜期之前還有一個(gè)突變期。

巖石剪切破壞過(guò)程中的聲發(fā)射能量、振鈴計(jì)數(shù)、累積能量與累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)等聲發(fā)射參數(shù)變化特性，對(duì)預(yù)測(cè)巖體失穩(wěn)破壞具有重要意義。局部破裂階段，巖石僅僅出現(xiàn)局部裂縫，此時(shí)聲發(fā)射活動(dòng)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)活躍期，伴隨有較強(qiáng)的聲發(fā)射活動(dòng)，但隨后進(jìn)入一個(gè)相對(duì)平靜期，直到巖石最后失穩(wěn)破壞。以局部破裂階段的聲發(fā)射特性作為指示巖體失穩(wěn)破壞的預(yù)警信號(hào)是有意義的，隨后的二次平靜期，為主動(dòng)規(guī)避巖體失穩(wěn)破壞贏得疏散撤離時(shí)間，這與地震預(yù)警方法在原理上是一致的。

圖6 PL-3樣品應(yīng)力-應(yīng)變-累計(jì)能量與應(yīng)力-應(yīng)變-累計(jì)振鈴次數(shù)關(guān)系圖Fig.6 Relations between strain-stress-cumulative AE energy and ringing counts of sample PL-3

2.5 小波分析

采用Morlet小波函數(shù)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)做連續(xù)小波變化，變換尺度為1、10、20、50、100、200、500、1 000，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 PL-2 聲發(fā)射能量小波分析圖Fig.7 Wavelet analysis of AE Energy of sample PL-2

根據(jù)小波函數(shù)高頻處時(shí)間細(xì)分(圖7)，在較小尺度中，可以清晰觀察出信號(hào)不連續(xù)點(diǎn)，即為850左右那個(gè)點(diǎn)和1 250左右的那個(gè)點(diǎn)，這兩個(gè)信號(hào)不連續(xù)點(diǎn)在小尺度和大尺度上都表現(xiàn)的很明顯，通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變與聲發(fā)射能量圖的對(duì)比，對(duì)應(yīng)在應(yīng)力應(yīng)變曲線中恰好為局部破裂階段和失穩(wěn)破壞階段，對(duì)應(yīng)在聲發(fā)射能量圖像中恰好為聲發(fā)射能量突變的兩個(gè)點(diǎn)，由此可用聲發(fā)射能量小波變換的圖像來(lái)確定聲發(fā)射能量的突變時(shí)間和確定巖石受剪切應(yīng)力作用所處變形階段。

3 應(yīng)用與討論

本實(shí)驗(yàn)是福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“基于聲發(fā)射技術(shù)的武夷山風(fēng)景區(qū)巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)”的部分內(nèi)容，目的是獲得景區(qū)紅色砂礫巖在各種應(yīng)力-應(yīng)變模式下的聲發(fā)射參數(shù)與波形特征，為建立武夷山風(fēng)景區(qū)巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的聲發(fā)射系統(tǒng)提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)資料。

紅色砂礫巖剪切破壞聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，獲得了五個(gè)剪切變形破壞階段的能量、振鈴計(jì)數(shù)、累積能量和累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)等聲發(fā)射參數(shù)特征，以及小波變化頻譜特征。這些聲發(fā)射參數(shù)與波形特征是建立巖體穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型的重要資料。五階段剪切破壞過(guò)程即為一個(gè)循環(huán)荷載作用下的動(dòng)態(tài)過(guò)程，包含兩個(gè)平靜期和兩個(gè)突變期。第一個(gè)平靜期即彈性變形階段之后，為第一次聲發(fā)射活躍期，指示巖石局部裂縫出現(xiàn)。當(dāng)初始裂紋形成后，進(jìn)入裂紋壓密階段，即裂紋形成后，裂紋并不是隨著剪切應(yīng)力增大而繼續(xù)擴(kuò)展，而是集聚一定的能量再進(jìn)一步擴(kuò)展，即巖石需要尋求一個(gè)新的平衡，等到新的平衡形成后再繼續(xù)發(fā)展，這個(gè)過(guò)程就是二次彈性變形階段，該階段聲發(fā)射活動(dòng)是微弱的。實(shí)驗(yàn)中，由于施加的剪切應(yīng)力速率比地應(yīng)力環(huán)境下巖體實(shí)際受力快，尋求新平衡過(guò)程耗時(shí)較短。這個(gè)聲發(fā)射活動(dòng)的相對(duì)平靜期和在此之前的聲發(fā)射第一次突變期，構(gòu)成了巖石破裂的一個(gè)預(yù)警前兆，對(duì)巖體失穩(wěn)破壞具有重要的指示意義，是聲發(fā)射巖體穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型的重要前提?？梢詤⒖嫉卣痤A(yù)警，為主動(dòng)規(guī)避破壞贏得疏散撤離時(shí)間，選擇巖石第一次聲發(fā)射能量的釋放事件作為判斷巖石即將失穩(wěn)的預(yù)警是一個(gè)可行的辦法。第二次平靜期時(shí)間長(zhǎng)短是決定巖體失穩(wěn)預(yù)報(bào)是否有效的關(guān)鍵，平靜期延續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，為預(yù)警預(yù)報(bào)提供更多的數(shù)據(jù)處理、信息發(fā)布和緊急避險(xiǎn)時(shí)間。很明顯，該階段時(shí)間變化受多種因素的影響，要成為具有實(shí)際意義的巖石破裂預(yù)警前兆特征，還需要很多深入研究。

文獻(xiàn)[17]中三個(gè)樣品在不同變形階段聲發(fā)射參數(shù)變化不是很大，而本實(shí)驗(yàn)則不同。以第一次突變階段為例，樣品PL-1、PL-2、PL-3的聲發(fā)射能量分別為3×104mv×μs、4×105mv×μs、1.4×105mv×μs，相差很大，振鈴計(jì)數(shù)、累積能量和累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)等參數(shù)也存在這種現(xiàn)象。通過(guò)三個(gè)樣品剪切破裂面的觀察發(fā)現(xiàn)，每個(gè)剪切破裂面上膠結(jié)物成分、礫石成分、礫石含量、礫石結(jié)構(gòu)構(gòu)造都有不同。查明這些巖石不均一性對(duì)聲發(fā)射活動(dòng)的影響是有意義的工作，我們將在下一階段深入開(kāi)展此項(xiàng)研究。

4 結(jié)論

(1)紅色砂礫巖樣品剪切破壞過(guò)程劃分為五個(gè)階段：巖體壓密階段、彈性變形階段、局部破壞階段、二次彈性變形階段、失穩(wěn)破壞階段。

(2)紅色砂礫巖樣品剪切破壞五個(gè)階段聲發(fā)射特征各不相同，出現(xiàn)兩個(gè)聲發(fā)射活動(dòng)平靜期和兩個(gè)突變期。兩個(gè)平靜期與彈性變形階段和二次彈性變形階段對(duì)應(yīng)，兩個(gè)突變期與局部破壞階段和失穩(wěn)破壞階段對(duì)應(yīng)。二次彈性變形階段是聲發(fā)射活動(dòng)的相對(duì)平靜期，與此之前的聲發(fā)射第一次突變期一起構(gòu)成了巖石破裂預(yù)警前兆，對(duì)巖體失穩(wěn)破壞具有重要的指示意義。

(3)小波分析表明，存在兩個(gè)信號(hào)不連續(xù)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)在應(yīng)力應(yīng)變曲線中恰好為局部破裂階段和失穩(wěn)破壞階段，對(duì)應(yīng)在聲發(fā)射能量圖像中為聲發(fā)射能量突變的兩個(gè)點(diǎn)。

(4)三個(gè)樣品在剪切破壞的各相同階段下，聲發(fā)射參數(shù)數(shù)值差異很大，這與巖石樣品膠結(jié)物質(zhì)、礫石成分及含量的不均一性有關(guān)。

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Experimental investigation on acoustic emission of red sandstone in Wuyishan scenic area under shear force condition

LEI Nengzhong1,2, ZHANG Xiangbo2, ZHONG Yulong2, KE Rongli2, LI Shifeng2
(1.KeyLaboratoryofGeohazardPreventionofHillyMountains,MinistryofLandandResources,Fuzhou,Fujian350002,China; 2.DepartmentofCivilEngineeringandArchitecture,WuyiUniversity,Wuyishan,Fujian354300,China)

Three red sandstone samples in Wuyishan scenic area were taken to the experiment on acoustic emission (AE). These sample results are shown in the curves of the stress-strains about acoustic emission characteristics, stress, strain and time. Under the shear force condition, the proceeding of five stages are rock mass compaction, elastic deformation, local destruction, second elastic strain and collapse, all of the stages were presented into two tranquil periods and two peak periods by energy, ringing counts, accumulated energy and accumulated ringing counts, the fist results of two tranquil periods are compare with both elastic deformation and second elastic strain, the second results of two peak periods are compare with both local destruction and collapse. In the wavelet analysis, it is compare to the stages of local destruction and collapse that there are two signal discontinue points in the curves of stress-strain exists. The variation of acoustic emission parameters between different stages of samples is related to the heterogeneity of rock shear surface. Acoustic emission characteristics in the whole process of rock shear failure are used to provide basic data for monitoring the stability of rock mass using acoustic emission.

Wuyishan scenic area; red sandstone; acoustic emission; shear force condition

2016-09-04;

2016-11-13

福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2014Y0040)；國(guó)土資源部丘陵山地地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助資助(FJKLGH2015K003)

雷能忠(1969-)，男，福建建陽(yáng)人，博士，教授，主要從事工程地質(zhì)災(zāi)害防治與國(guó)土資源勘查的教學(xué)與研究工作。E-mail:nzhlei@126.com

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.02.11

P642.3

A

1003-8035(2017)02-0085-07