室内地应力测试.pdf

室内地应力测试 主讲付小敏 成都理工大学 环境与土木工程学院 利用岩石利用岩石“kaiser效应kaiser效应”测地应力测地应力 一、概述一、概述 二、仪器、设备二、仪器、设备 三、试验方法三、试验方法 四、成果整理四、成果整理 提纲提纲 一、概一、概述述 岩体应力状态测量是工程设计中要求解决的岩石力学问 题之一，用岩石的凯塞尔效应测定岩体地应力是近年发展 起来的一种新的室内方法。 50年代德国科学家“kaiser”受单向拉伸力作用的金 属材料只有当应力达到材料所受过的最大先期应力时，才 会有明显的声发射出现。“kaiser”效应。 60年代美国岩石力学专家“Goodman”岩石在压缩状 态下也具有“kaiser”效应。 岩石所承受的压力超过它所受过的最大压力时， 才会有明显的声发射出现。 利用岩石利用岩石“kaiser效应kaiser效应”测地应力测地应力 一、概述一、概述 二、仪器、设备二、仪器、设备 三、试验方法三、试验方法 四、成果整理四、成果整理 提纲提纲 一）伺服控制刚性试验机 二）声发射探头 二、仪器、设备二、仪器、设备 声发射探头 岩石试件 三）AE-04声发射检测系统 二、仪器、设备二、仪器、设备 控制计算机 声发射测试系统 前置放大器 二、仪器、设备二、仪器、设备 声发射测试系统框图 传感器 CH1 CH2 前置放大前置放大 模拟信号 处理 模拟信号 处理 AE 参数 形成 AE 参数 形成 AE 参数 计数 CPLD 经时时间计数、地址译码、控制信号生成 AE 参数 计数 微处理器 F I F O 主计算主计算机机系统系统 1、声发射信号 是由声发射换能器接收到的声发射波并经放 大的电信号。声发射波是在极短的时间内伴随裂纹 扩展或塑性变形释放出的应变能而产生的弹性波。 声发射的原始波形是非常尖的脉冲，其频带很 宽，可以观察到10MHz以上的信号。但声发射信号经 过传递以及换能器后，已无法得到它的原始信号， 而变成了一个很复杂的波形。 二、仪器、设备二、仪器、设备 2、声发射信号的表征 AE参数选择 a、AE事件 一个突发型波形， 包络检波后，波形超 过预设的阀值电压形 成的矩形脉冲； 二、仪器、设备二、仪器、设备 b、AE振铃 设定一个阀值 电压，振铃波形 超过该阀值电压 的部分形成的矩 形脉冲； 二、仪器、设备二、仪器、设备 c、AE能量定义 式中R是电压测量电路的输入阻抗；Vt为与时间有关 的电压。 将声发射信号的幅度平方，然后进行包络检波，求出检波 后包络线所围的面积，作为信号所包含的能量的量度。 测量能量的三种方式 测单位时间的能量，即能率； 测试验开始到某一阶段的能量，即总能量； 测每个事件所包含的能量。 2 0 1 EVt dt R ∞ ∫ 二、仪器、设备二、仪器、设备 3、事后处理 显示曲线选 择 a、AE振铃累计 数、计数率； b、AE事件累计 数、计数率； c、AE能量累计 数、计数率。 二、仪器、设备二、仪器、设备 AE振铃计数率 AE能量累计数（对数） 利用岩石利用岩石“kaiser效应kaiser效应”测地应力测地应力 一、概述一、概述 二、仪器、设备二、仪器、设备 三、试验方法三、试验方法 四、成果整理四、成果整理 提纲提纲 三、试验方法三、试验方法 一）室内测试方法 1、试件制备 1）现场取样 地表、探洞（定向）； 钻孔岩芯定向）。 2）定向制样 在空间X、Y、Z、X450Y、Y450Z、Z450X六个方向制 备试件，每个方向取5～7个。 三、试验方法三、试验方法 现场取样 三、试验方法三、试验方法 Y450Z方向制备的6试件 量测每个试件 定向制样定向制样 3）试件尺寸 园柱体高径比2～31； 长方体高宽比2～31； 4）端部处理 2、试验过程 安装声发射探头； 通过MTS伺服控制刚性试验机加压； Force控制，15KN/min； 声发射探头 岩石试件 三、试验方法三、试验方法 三、试验方法三、试验方法 安装试件 设置声发射测试系 统参数 利用岩石利用岩石“kaiser效应kaiser效应”测地应力测地应力 一、概述一、概述 二、仪器、设备二、仪器、设备 三、试验方法三、试验方法 四、成果整理四、成果整理 提纲提纲 四、成果整理四、成果整理 1、绘制 每个试件的 AE特征曲 线； 2、确定AE 特征点（突 发点）。 AE能量计数率 AE能量累计数 荷载曲线 AE初始点 AE突发点 3、根据AE特征点计算应力 61 16 16 45 145 6 45 145 6 45 145 6 xx xx xzxz xzxz xzxz FF SS FF SS σσ σσ 对各分量进行加权平均求出 σx、σy、σz、σx45y、σy45z、σz45x F－每个试件声发射特征点对应的荷载（KN； S－每个试件的横截面积（cm2）。 四、成果整理四、成果整理 4、主应力计算公式 1）主应力 11 21 31 1 2cos 333 21 2cos 333 41 2cos 333 T J T J T J ω σ ωπ σ ωπ σ − − − 2 12 3 3 1123 1 3 11 arccos/ 227 21 273 TJJ QT QJJ JJ ω − ⎡⎤ −− ⎢⎥ ⎣⎦ −− 式中 四、成果整理四、成果整理 1 222 2 222 3 2 xyz xyyzzxxyyzzx xyzxyzyzxzxyxyyzzx J J J σσσ σ σσ σσ στττ σ σ σσ τσ τσ ττ τ τ −−− −−− 45 45 45 2 2 2 xy xyxy yz yzyz zx zxzx σσ τσ σσ τσ σσ τσ − − − 11 21 31 1 2cos 333 21 2cos 333 41 2cos 333 T J T J T J ω σ ωπ σ ωπ σ − − − 四、成果整理四、成果整理 2）主应力的方位 arcsin/ cos arcsin i ii i i mL L n β β α α α i i ①、 方位角 ②、 倾角 mi、ni 分别为主应力 的方向余弦. 四、成果整理四、成果整理