摘要
岩石的蠕变性质是诱发金属矿山岩石破坏的主要原因之一。采用声发射技术实现对岩石蠕变破坏的预测，其关键在于建立声发射信号与声发射震源动态演化规律之间的关系。本文开展了分级加载条件下红砂岩蠕变声发射定位试验，以矩张量分析方法、小波包分析方法为主要研究手段，分析了不同加载应力条件下，岩石蠕变破坏过程中，声发射活动性特征，以及不同类型震源时空演化规律及其对应主频特征。在此基础上，研究了基于不同类型震源主频特征的岩石蠕变破坏定量预测分析方法，得到以下研究成果： (1)红砂岩长期强度约为60.8MPa，其数值约为单轴抗压强度平均值的75％。在分级加载条件下，红砂岩等速蠕变阶段应变速率与加载应力呈指数函数关系。 (2)针对蠕变声发射历时长，提取对应声发射波形文件数据量大的特点，以最小二乘法定位点为中心点，以1mm的长度为球半径，随机选取球面上3个点和中心点，作为四边体的4个顶点，以此为基础，依据矩张量理论，编制了基于最小二乘法的单纯形算法声发射震源定位与类型辨识程序，实现了蠕变破坏过程声发射定源定位与类型辨识的程序化，在一定程度上提高岩石蠕变声发射试验数据处理的效率。 (3)相对于单轴压缩试验，剪切、张拉与混合震源在破坏过程中的演化规律表现为自试件端面向试件中部发展的过程。红砂岩在蠕变破坏过程中，剪切、张拉与混合震源先产生于试件中部，而后自等速蠕变后期开始，震源逐步向试件上、下端部发展，并在加速蠕变起点处再次汇集于试件中部，形成宏观破裂面“雏形”，最后在加速蠕变阶段新生震源以该“雏形”为基础，直至形成宏观破裂面。 (4)红砂岩在蠕变破坏过程中，声发射事件率、声发射振幅随着加载应力的增大而增大。在加速蠕变起点与终点处，声发射事件率与声发射振幅均出了一次“集群”状增大，整个加速蠕变阶段曲线形状类似“U”型。 (5)在分级加载蠕变破坏过程中，红砂岩震源主频范围在0~1000kHz之间，大于单轴压缩破坏过程中震源主频范围，并且震源主频随蠕变加载应力的增大而增大。相对而言，在蠕变破坏过程中剪切震源呈现多主频特征。 (6)不同类型的震源的汇集与贯通，降低了不同类型震源的主频，可将剪切、张拉与混合震源对应的主频均出突然减小至0~250kHz，作为分级加载条件下红砂岩蠕变破坏的预测方法。
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