花岗岩晶体粒径分布对声发射特性影响的颗粒流模拟

作者：胡训健; 卞康; 刘建; 陈明; 岑越; 刘振平

来源：煤炭学报, 2021, 46(S2): 721-730.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2021.0581

• 细观结构
• 花岗岩
• 非均质性
• 声发射
• 离散元模拟

基于离散元理论和PFC2D软件，将等效晶质模型和矩张量理论相结合，模拟了单轴压缩实验中细观结构的非均质性对岩石声发射特性的影响，揭示了晶体粒径分布所造成的非均质性对岩石破裂过程中声发射事件的空间定位分形维数、破裂强度、b值等的影响规律。主要研究结论：（1）细观结构的非均质性对岩石的声发射活动存在较大影响。随着组成声发射事件的微裂纹数的增加，声发射事件数迅速下降，两者符合负指数函数关系。（2）当晶体粒径分布越不均匀，其岩石的非均质性越大，应力场分布均匀性越差，岩石的声发射活动开始越早，微裂纹形成的越早，起裂应力越低。晶体粒径、应力场分布、微裂纹和声发射事件是一条影响链。（3）随着非均质性因子的增加，声发射活动的b值逐渐减小，岩石中大尺度微破裂所占比例增加。声发射b值和非均质性因子H之间呈现出良好的线性关系。（4）当非均质性因子较大时，破裂强度大的声发射事件倾向于集中在主破裂面。随着非均质性因子的增加，声发射事件的空间定位的自相似性增强，声发射空间定位的分形维数逐渐降低。分形维数与非均质性因子呈现幂函数关系。该研究方法有效弥补了室内声发射试验的不足，为揭示细观结构的非均质性对岩石声发射活动的内在影响提供了一种有效的技术手段。

• 单位
  中国科学院大学; 岩土力学与工程国家重点实验室; 中国科学院武汉岩土力学研究所