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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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劈裂条件下岩石应变空间变异性与b值关系

作者(Author):

  • 苏晓波
  • 纪洪广
  • 权道路
  • 耿景明
  • 张改改
  • 高宇

作者单位:

  • 北京科技大学土木与资源工程学院
  • 城市地下空间工程北京市重点实验室

关键词:

  • 古登堡-里希特公式
  • 巴西劈裂
  • 分数维
  • 空间变异性
  • b值
  • 摘要
  • 论文图表
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  • 引用格式

为更深入地了解岩石的破裂过程,研究了岩石在巴西劈裂条件下变形的空间差异性与声发射分数维间的关系。由于岩石具有非均质性和各向异性特征,花岗岩颗粒较大,组构复杂,能够较好地表现岩石的各向异性,灰绿岩组构较为细腻,可以和花岗岩形成对比。砂岩作为沉积岩的一种,可以验证试验结论的正确性,增加试验结论的普适性。以花岗岩、辉绿岩和砂岩为研究对象,通过在圆盘劈裂轴线的上、中、下3个区域布置应变片,采用3组应变片检测值的离散度统计,定义应变空间变异系数Cv,同时结合声发射监测数据,获得声发射幅值分数维b值。两者对比研究发现,岩样应变空间变异性与声发射幅值分数维关系如下:岩石劈裂过程中,应变空间变异系数Cv随加载进程的变化趋势与声发射幅值分数维b值的变化趋势相反,皮尔逊相关系数在-0.756~-0.931 8,以试验的手段证明了声发射幅值分数维与变形离散度间存在显著的负相关性;b值是岩石区域间变形不协调性在破裂释能上的表现,变异系数增加的局部破裂或整体破裂阶段与b值降低阶段对应;变异系数基本不变阶段与b值基本稳定不变阶段相对应,表明空间变形处于自适应协调一致阶段,变异系数下降阶段对应b值上升阶段,表明各区域变形处于由不协调向协调一致性转变阶段;受限于统计方式,b值往往是一个时间段内的平均结果。在每次较大的破裂振动前,总会存在平静期,因此时间窗口选取不当,容易导致b值统计结果的起伏跳动,b值的跳动趋势往往给研究人员带来困惑。变形变异系数为实时监测值,其变化趋势平稳,可达到与b值同样的监测效果,且避免b值统计缺陷;岩石区域间应变的空间变异性与b值相互印证,二者皆可作为岩石破裂的一种表征,来反映岩石自身组构的均质性以及破裂的过程性。理论上,地震和矿山微震中的b值变化也应与孕震区域间变形的协调性相关,所以区域间变形协调性监测也可作为大震预报的指标之一,并能实时反映破裂进程


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