紀洪廣 陳 波 孫利輝 宋朝陽 郭玉超 賈懷曉

(1.北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083；3.內(nèi)蒙古伊泰廣聯(lián)煤化有限責任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

紅慶河煤礦弱膠結(jié)砂巖單軸加載條件下聲發(fā)射特征研究

紀洪廣1,2陳 波1,2孫利輝1,2宋朝陽1,2郭玉超1,2賈懷曉3

(1.北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083；3.內(nèi)蒙古伊泰廣聯(lián)煤化有限責任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

對紅慶河煤礦弱膠結(jié)砂巖在單軸加載條件下破壞過程中的聲發(fā)射特征進行研究，根據(jù)試驗過程中所采集的力學參數(shù)和聲發(fā)射信號參數(shù),得到了全過程應(yīng)力-應(yīng)變、應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率、應(yīng)力-時間-絕對能量率以及峰值前、后的應(yīng)力-應(yīng)變-累計計數(shù)率、應(yīng)力-時間-絕對能量率曲線。據(jù)所得應(yīng)力-應(yīng)變曲線將該類砂巖破壞分為2種形式：一種為傳統(tǒng)4階段巖石破壞形式，另一種為5階段破壞形式。5階段破壞模式在應(yīng)變軟化階段后出現(xiàn)了應(yīng)力不變,應(yīng)變繼續(xù)增大的膠結(jié)延性階段。對比2種破壞模式的聲發(fā)射特征，峰值后的聲發(fā)射現(xiàn)象較峰值前的均有量級的變化,抗壓強度相近時，彈性模量小的試樣產(chǎn)生更多的聲發(fā)射現(xiàn)象，但產(chǎn)生的絕對能量屬于同一量級。累計計數(shù)率能夠作為判斷試樣是否發(fā)生完全破壞的參數(shù)。

弱膠結(jié)砂巖 單軸加載 聲發(fā)射 破壞模式 膠結(jié)延性階段

1 研究現(xiàn)狀

隨著國家戰(zhàn)略資源往西部地區(qū)的轉(zhuǎn)移,由該地區(qū)特有的沉積環(huán)境而形成的具有特殊巖性(常具有典型的弱膠結(jié)、易風化、塑性變形大、各向異性強、強度低等力學特性)的巖石也將逐步成為科研工作者研究的重點[1]。對于砂巖的研究,國內(nèi)外學者做了大量的工作,主要分為以下幾類：

(1)水對砂巖的影響。文獻[2-5]研究了不同加載條件下砂巖在干濕循環(huán)加載過程中的強度特征，指出在干濕循環(huán)的過程中，砂巖的強度均有不同程度的降低。文獻[6]研究了三軸加載條件下飽水度對砂巖力學特性的影響，指出砂巖模量隨圍壓增加而增加，且二者近似成直線關(guān)系，砂巖模量與強度隨飽水度增加而降低。

(3)溫度對砂巖的影響。文獻 [9]研究了負溫條件 下紅砂巖強度特性及變形規(guī)律，指出在凍結(jié)條件下紅砂巖軸向抗壓強度與圍壓、彈性模量與圍壓均呈線性關(guān)系，巖石破壞形式與圍壓大小相關(guān)。文獻[10]研究了高溫后節(jié)理砂巖強度及變形破壞特性，節(jié)理砂巖的峰值和彈性模量在400 ℃內(nèi)先降低后升高，超過400 ℃后降低，節(jié)理砂巖經(jīng)歷高溫后，巖石的破壞模式由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變。

材料受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂,以彈性波形式釋放出應(yīng)力-應(yīng)變的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射[11]。巖石作為一種材料,對于其在加載破壞過程中的檢測一直是個研究重點,而聲發(fā)射作為一種無損檢測被廣泛應(yīng)用于廣大科研工作者的實踐中。紀洪廣、王宏偉等[12]研究了花崗巖在單軸受壓條件下的聲發(fā)射信號,分析了不同階段的聲發(fā)射信號頻率特性,發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射信號優(yōu)勢頻率主要集中在巖石破裂前塑形破壞和主破裂階段。汪泓、楊天鴻等[13]研究了以陜西小紀汗煤礦砂巖為例的弱膠結(jié)砂巖在單軸壓縮下的聲發(fā)射特征及破壞形式,將該煤礦砂巖的聲發(fā)射特征曲線歸納為崩裂型和破裂型2種。試件破壞形式可分為X型共軛破壞和單斜面剪切破壞2種。前者對應(yīng)崩裂型曲線,試件強度較大;后者對應(yīng)破裂型曲線,試件強度較小。李術(shù)才、許新驥等[14]研究了砂巖在單軸壓縮條件下破壞全過程電阻率與聲發(fā)射響應(yīng)特征及損傷演化,發(fā)現(xiàn)電阻率和聲發(fā)射的響應(yīng)信息有很強的規(guī)律性和互補性,同時推導出基于電阻率表征的巖樣損傷變量的解析表達，并提出巖樣損傷破壞狀態(tài)的判別標準和破壞前兆特征。

由此可見聲發(fā)射應(yīng)用于巖石破壞過程中的檢測已有很強的實用性和更寬廣的應(yīng)用空間。

2 試 驗

2.1 試驗裝置

本試驗采用的是長春市朝陽儀器有限GAW-2000型微機控制電液伺服剛性試驗機；采用西德300 kN壓力傳感器和日本進口7V07程序控制記錄儀進行數(shù)據(jù)記錄；采用沈陽計算機技術(shù)研究所生產(chǎn)的AE21C聲發(fā)射檢測儀。GAW-2000型微機控制電液伺服剛性試驗機可以通過控制位移和荷載2種加載方式對試樣進行加載,本試驗采用的加載方式為控制位移的加載方式,加載速率為6 mm/min。本試驗聲發(fā)射采用了單通道采集的方式,采用15γ探頭,設(shè)置門檻值為30 dB。

2.2 試件采樣與制備

本試驗采用試樣為內(nèi)蒙古鄂爾多斯東勝煤田乃馬岱井田紅慶河煤礦-390 m處砂巖試樣。根據(jù)相關(guān)鉆孔資料和地質(zhì)報告，該處砂巖的地層年代屬于白堊系下統(tǒng)志丹群伊金霍洛組。巖性為深紫色、灰紫色,成分以石英、長石為主，暗色巖屑,夾薄層細砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)。

按照國際巖石力學試驗建議的IRTM方法將試件打磨成φ50 mm×100 mm的標準試件。同時采用凡士林作為聲發(fā)射探頭與巖石試件的耦合劑,以減少人為和外界對加載過程中聲發(fā)射采集的影響，使試件和傳感器之間構(gòu)建一個良好的聲波傳播路徑。

曾經(jīng)的我為自己是一名光榮的人民教師而驕傲自豪，曾經(jīng)的我站在講臺上是那樣從容與自信，曾經(jīng)的我懷著一顆熾熱的心去對待每一名學生，曾經(jīng)的我對教書懷有一種激情、一種熱愛、一份耐心，曾經(jīng)的我相信自己能成為學生喜愛的好老師。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 強度特征結(jié)果分析

本試驗采用3組10塊砂巖試件進行了單軸加載條件下的聲發(fā)射試驗。對采集到的力學參數(shù)、聲發(fā)射信號參數(shù)進行了分析。主要的力學參數(shù)見表1。

表1 主要力學參數(shù)

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)做出各個試樣的全過程應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1和圖2，發(fā)現(xiàn)在試驗的全過程中該類砂巖的強度與其他砂巖單軸抗壓強度相比普遍偏低[9-10,15-17],天然狀態(tài)下的單軸抗壓強度最大值為15.40 MPa,最小值為8.36 MPa,均值為12.84 MPa。根據(jù)規(guī)范[18]中軟巖的定義,該類巖石屬于軟巖。

圖1 以s3為代表的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖2 以s4為代表的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

根據(jù)全過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線將該類砂巖的破壞模式分為2種：一種是以s3、s2、s5、s6、s7為代表的5階段破壞模式如圖3；一種是以s4、s1、s9、s10、s11為代表的4階段破壞模式如圖4。由圖3，5階段的破壞模式分成孔隙壓密階段(OA段)、彈性變形—微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段(ABC段)、非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段(CD段)、應(yīng)變軟化階段(DE段)、膠結(jié)延性階段(EF段)。由圖4，4階段的破壞模式分為孔隙壓密階段(OA段)、彈性變形—微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段(ABC段)、非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段(CD段)、應(yīng)變軟化階段(DE段)[19]。為此本研究單獨選出試樣s3、s4的聲發(fā)射數(shù)據(jù)加以分析。

圖3 5階段破壞模式全過程應(yīng)力-應(yīng)變圖

3.2 聲發(fā)射分析3.2.1 5階段破壞模式的聲發(fā)射特征分析

根據(jù)試驗采集數(shù)據(jù)分別做出s3試樣的應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率曲線圖、應(yīng)力-時間-絕對能量率曲線、峰值前后的應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率曲線、峰值前

圖4 4階段破壞模式全過程應(yīng)力-應(yīng)變圖

后的應(yīng)力-時間-絕對能量率曲線如圖5～圖10所示。發(fā)現(xiàn)在加載初期，由于試件內(nèi)部顆粒之間存在著孔隙和膠結(jié)力，且試件的強度值較低，顆粒之間的孔隙開始減小，顆粒之間的原始狀態(tài)開始被打破，在這“打破”的過程中，產(chǎn)生了較多的聲發(fā)射現(xiàn)象，累計計數(shù)率出現(xiàn)了一個4.04×104的突變值(圖7)。隨著顆?？紫兜膲簩?，顆粒之間開始共同承載，在到達峰值前的加載過程中產(chǎn)生較為穩(wěn)定的累計計數(shù)率，數(shù)量級在102～103內(nèi)。在峰值后的應(yīng)變軟化階段，當應(yīng)力由峰值降到A點，累計計數(shù)率開始呈現(xiàn)上升趨勢,即對應(yīng)A′點(如圖8)，在到達膠結(jié)延性階段前達到最大值9.41×103，在此階段內(nèi)，試樣雖然已經(jīng)達到了最大抗壓強度值，但隨著加載的繼續(xù)，試樣并不立即破壞，其內(nèi)部仍存在顆粒之間的膠結(jié)力、摩擦力和分子力。應(yīng)變繼續(xù)增加，應(yīng)力減小，試樣內(nèi)部之間的損傷更多，反映在聲發(fā)射參數(shù)特征上為產(chǎn)生更多的累計計數(shù)率。在圖8中AB階段，巖石試樣本應(yīng)在應(yīng)變軟化階段后破壞,而在此階段由于該砂巖屬于易風化、易水解、弱膠結(jié)、強度低的弱膠結(jié)砂巖,故呈現(xiàn)出應(yīng)變繼續(xù)增長而應(yīng)力不變的現(xiàn)象,而且該階段內(nèi)的累計計數(shù)率較大且均勻分布，數(shù)量級為103～104。臨近破壞點B點時,累計計數(shù)率有個1.34×105的突變值，與其前后的值不屬于同一量級。該類巖石在峰值后繼續(xù)加載時，應(yīng)力快速下降到一定程度后由于顆粒之間的摩擦,以及該類砂巖顆粒組成成分所存在的特殊性,又形成了顆粒之間短暫的弱膠結(jié)狀態(tài),應(yīng)變繼續(xù)增加，應(yīng)力不變,一直伴隨著較多的聲發(fā)射事件數(shù)(量級為104～105)。隨著荷載的增加,在達到破壞這種短暫弱膠結(jié)狀態(tài)的極限之前,累計計數(shù)率有緩慢上升的趨勢，在達到破壞點B時，發(fā)生值的突變。試件破壞后，聲發(fā)射的累計計數(shù)率開始急劇減少?？梢詫⒗塾嬘嫈?shù)率作為判斷試樣破壞的前兆參數(shù)。從絕對能量率上看，試樣在初始加載時，與累計計數(shù)率同步產(chǎn)生一個突變值，且突變值較峰值前的其他突變值較大，數(shù)值為1.31×106(圖9)。由孔隙壓密階段到彈性變形—微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段和由非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段到應(yīng)變軟化階段過程中，絕對能量率均有突變，突變值的量級為105，絕大部分數(shù)值的量級為101～103。對于峰值后的膠結(jié)延性段，絕對能量率的量級集中在103～105，試件破壞時無征兆地產(chǎn)生了值為7.42×107的突變(圖10)。在絕對能量率上，試樣總體表現(xiàn)平穩(wěn)，破壞時產(chǎn)生突變，在此不能作為一個預判試件破壞的前兆參數(shù)。

圖5 s3應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率圖

圖6 s3應(yīng)力-時間-絕對能量率圖

圖7 s3峰值前應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率圖

圖8 s3峰值后應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率圖

圖9 s3峰值前應(yīng)力-時間-絕對能量率圖

圖10 s3峰值前應(yīng)力-時間-絕對能量率圖

3.2.2 4階段破壞模式的聲發(fā)射分析

根據(jù)試驗采集數(shù)據(jù)分別做出s4試樣的應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率曲線圖、應(yīng)力-時間-絕對能量率曲線、峰值后的應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率曲線、峰值后的應(yīng)力-時間-絕對能量圖，如圖11～圖14。

圖11 s4應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率圖

圖12 s4應(yīng)力-時間-絕對能量率圖

圖13 s4峰值后應(yīng)力-時間-累計計數(shù)率

圖14 s4峰值后應(yīng)力-時間-絕對能量率圖

以s4為代表的試樣具有典型的巖石力學破壞特征。加載初期，由于試件強度較低，在較小的壓力下就會產(chǎn)生很強的聲發(fā)射現(xiàn)象，產(chǎn)生了3.87×103的突變值(圖11)，隨著孔隙壓密，顆粒間開始共同承載后，累計計數(shù)率在峰值前的曲線近似為一條直線，數(shù)量級為101～102。在峰值階段和峰后的應(yīng)變軟化階段內(nèi),隨著加載的繼續(xù)，試樣內(nèi)部產(chǎn)生較多損傷，聲發(fā)射現(xiàn)象較峰前有量級的增強，累計計數(shù)率近似為緩慢增長的曲線，數(shù)量級為102～103。試樣完全破壞前，累計計數(shù)率有個短暫的快速增長期，破壞時產(chǎn)生了突變值6.49×104(圖13)，可以作為試樣完全破壞的前兆參數(shù)。絕對能量率在加載初期，與累計計數(shù)率同步產(chǎn)生了量級的突變，突變值為1.83×104(圖12)，在全程曲線上基本成一條直線(除試樣破壞點的急劇突變階段)，絕對能量率在峰值前的數(shù)量級為101～103，峰值后的數(shù)量級為103～105，完全破壞時，試樣產(chǎn)生突變值9.67×107(圖14)。較之前期的數(shù)值，破壞時產(chǎn)生的能率突變的量級遠大于其他值，且在峰值階段和應(yīng)變軟化階段，能量計數(shù)率在突變之前沒有明顯的征兆，在此不能用作試樣完全破壞的前兆。

3.2.3 4階段與5階段聲發(fā)射特征對比

4階段和5階段破壞模式中聲發(fā)射的累計計數(shù)率在峰后的數(shù)量級和突變值在量級上為峰值前的10倍，絕對能量率在峰后的數(shù)量級為峰值后的100倍。說明在峰后階段，試件在發(fā)生損傷的基礎(chǔ)上，承受較大荷載時較峰前產(chǎn)生更多的聲發(fā)射現(xiàn)象。其中5階段的破壞模式中累計計數(shù)率和突變值的量級為4階段破壞模式的10倍，絕對能量率的量級二者一樣。在所選的2種模式的代表中，s3的彈性模量較s4的彈性模量要低，但強度二者相差不大(表1)，說明強度相近時，在試樣的壓縮破壞過程中所產(chǎn)生的絕對能量二者差別不大，破壞時的突變值也屬于同一量級；彈性模量較低者在受力時產(chǎn)生更多的撞擊數(shù)，且5階段中膠結(jié)延性段的累計計數(shù)率能夠更好地預測試樣是否快要破壞。

4 結(jié) 論

(1)紅慶河煤礦弱膠結(jié)砂巖在單軸加載試驗中，根據(jù)全程應(yīng)力-應(yīng)變曲線分成了傳統(tǒng)的5階段破壞模式和4階段破壞模式。5階段破壞模式下的膠結(jié)延性階段累計計數(shù)率曲線較4階段軟化階段能更好地預測試樣是否快要破壞。

(2)由于該類巖石的強度低、弱膠結(jié)的特點,在單軸加載條件下,形成了不同于傳統(tǒng)砂巖的破壞形式。在峰值應(yīng)力過后，應(yīng)力降低到一定程度時仍然具有一定承載力并且能夠承載一段時間,而不是立即破壞。峰后的累計計數(shù)率和絕對能量率較之峰前的均有量級的變化。強度相近的巖石其絕對能量也相近，彈性模量較低者，更容易產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。

(3)運用聲發(fā)射累計計數(shù)率可以判斷該類砂巖是否快要達到極限強度,在即將破壞之時,聲發(fā)射檢測到的事件數(shù)急聚增多而在某一時刻發(fā)生突變,試樣破壞。

[1] 王渭明,高 鑫,景繼東,等.弱膠結(jié)軟巖巷道錨網(wǎng)索耦合支護技術(shù)研究[J].煤炭科學技術(shù),2014,42(1):23-26. Wang Weiming，Gao Xin,Jing Jidong，et al.Study on roof bolting with anchor and wire mesh coupling support technology in weakly consolidated soft rock roadway[J].Coal Science and Technology,2014,42(1):23-26.

[2] 鄧華鋒,李建林,朱 敏,等.飽水-風干循環(huán)作用下砂巖強度劣化規(guī)律試驗研究[J].巖土力學學報,2012,33(11):3306-3312. Deng Huafeng，Li Jianlin，Zhu Min，et al.Experimental research on strength deterioration rules of sandstone under “saturation-air dry” circulation function[J].Rock and Soil Mechanics,2012,33(11):3306-3312.

[3] 薛晶晶,張振華,姚華彥.干濕循環(huán)條件下兩種砂巖強度及破壞特征比較試驗研究[J].水電能源科學學報,2011,29(11):107-109. Xue Jingjing，Zhang Zhenhua，Yao Huayan.Strength and failure mode contrast experiment research ontwo sand rocks under conditions of wetting and drying cycle[J].Water Resource and Power，2011,29(11):107-109.

[4] 張 鵬,柴肇云.干濕循環(huán)條件下砂巖強度劣化試驗研究[J].金屬礦山,2013(10):5-7. Zhang Peng Chai Zhaoyun.Sandstone strength degradation experiments under the condition of dry-wet circulation[J].Metal Mine，2013(10):5-7.

[5] 曾 勝,李振存,陳涵杰,等.干濕循環(huán)下紅砂巖強度衰減規(guī)律及工程應(yīng)用[J].長沙理工大學學報:自然科學版,2011,8(4):18-23. Zeng Sheng，Li Zhencun,Chen Hanjie,et al.Strength attenuation law and engineering application of red sandstone with the action of dry-wet cycles[J].Journal of Changsha University of Science and Technology:Natural Science,2011,8(4):18-23.

[6] 張春會，趙全勝.飽水度對砂巖模量及強度影響的三軸試驗[J].巖土力學,2014,35(4):951-958. Zhang Chunhui，Zhao Quansheng.Triaxial tests of effects of varied saturations on strength and modulus for sandstone[J].Rock and Soil Mechanics,2014,35(4):951-958.

[7] 李 鵬,劉 建,李國和,等.水化學作用對砂巖抗剪強度特性影響效應(yīng)研究[J].巖土力學,2011,32(2):380-386. Li Peng，Liu Jian，Li Guohe，et al.Experimental study for shear strength characteristics of sandstone under water-rock interaction effects[J].Rock and Soil Mechanics,2011,32(2):380-386.

[8] 王 偉,劉桃根,呂 軍.水巖化學作用對砂巖力學特性影響的試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2012,31(2):3607-3617. Wang Wei，Liu Taogen，Lu Jun..Experimental study of influence of water-rock chemical interaction on mechanical characteristics of sandstone[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2012,31(2):3607-3617.

[9] 單仁亮,宋立偉,李東陽,等.負溫條件下梅林廟礦紅砂巖強度特性及變形規(guī)律研究[J].采礦與安全工程學報,2014,31(2):299-303. Shan Renliang，Song Liwei，Li Dongyang，et al.Study on the strength characteristics and deformation rule of red sandstone in Meilinmiao mine under negative temperature[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2014,31(2):299-303.

[10] 李慶森,楊圣奇,陳國飛.高溫后節(jié)理砂巖強度及變形破壞特性[J].煤炭學報,2014,39(4):651-657. Li Qingsen，Yang Shengqi,Chen Guofei.Strength and deformation properties of post-high-temperature joint sandstone[J].Journal of China Coal Society,2014,39(4):651-657.

[11] 李孟源,尚振動,蔡海潮，等.聲發(fā)射檢測及信號處理[M].北京：科學出版社,2010. Li Mengyuan,Shang Zhendong,Cai Haichao,et al.Acoustic Emission Detection and Signal Processing[M].Beijing：Science Press,2010.

[12] 紀洪廣,王宏偉,曹善忠.花崗巖單軸受壓條件下聲發(fā)射信號頻率特征試驗研究[J]巖石力學與工程學報,2012,31(1):2900-2905. Ji Hongguang，Wang Hongwei，Cao Shanzhong.Experimental research on frequency characteristics of acoustic emission signals under uniaxial compression of granite[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2012,31(1):2900-2905.

[13] 汪 泓,楊天鴻,徐 濤,等.單軸壓縮下某弱膠結(jié)砂巖聲發(fā)射特征及破壞形式——以陜西小紀汗煤礦砂巖為例[J].金屬礦山,2014(11):39-45. Wang Hong，Yang Tianhong，Xu Tao，et al.Acoustic emission characteristics and failure patterns of a weak cemented sandstone under uniaxial compression：Xiaojihan Coal Mine in Shannxi as a case [J].Metal Mine,2014(11):39-45.

[14] 李術(shù)才,許新驥,劉征宇,等.單軸壓縮條件下砂巖破壞全過程電阻率與聲發(fā)射響應(yīng)特征及損傷演化[J].巖石力學與工程學報,2014,33(1):14-22. Li Shucai，Xu Xinji，Liu Zhengyu,et al.Electrical resistivityand acoustic emission response characteristics and damageevolution of sandstone during whole process of uniaxial compression[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2014,33(1):14-22.

[15] 劉傳孝，賀加棟，張美政,等.深部堅硬細砂巖長期強度試驗[J].采礦安全與工程學報,2010,27(4):581-584. Liu Chuanxiao,He Jiadong,Zhang Meizheng,et al.Long-term strength test and application of hard fine sandstone in deep site[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2010,27(4):581-584.

[16] 潘建武,蘇承東.砂巖強度及平均模量和縱波速度關(guān)系研究[J].采礦安全與工程學報,2010,27(1):24-29. Pan Jianwu，Su Chengdong.Study on relation among strength average moduli and longitudinal wave velocities for sandstone [J].Journal of Mining & Safety Engineering，2010,27(1):24-29.

[17] 黃志輝,盧春燕,沈國華,等.單軸加載條件下砂巖聲發(fā)射特性分析[J].有色金屬科學與工程學報,2014,5(1):91-94. Huang Zhihui,Lu Chunyan,Shen Guohua,et al.Acoustic emission characteristics analysis of sandstone under uniaxial compression [J].Nonferrous Metals Science and Engineering,2014,5(1):91-94.

[18] 中華人民共和國水利部.GB50487—2008 水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2008. The Ministry of Water Resources of the People′s Republic of China.GB50487-2008 Code for Water Resources and Hydropower Engineering Geological Investigation[S].Beijing:China Planning Press,2008.

[19] 蔡美峰,何滿潮.巖石力學與工程[M].北京：科學出版社,2002. Cai Meifeng,He Manchao.Rock Mechanics and Engineering [M].Beijing：Science Press,2002.

(責任編輯 石海林)

Research on the Acoustic Emission of Weakly Consolidated Sandstoneunder Uniaxial Compression in Hongqinghe Coal Mine

Ji Hongguang1,2Chen Bo1,2Sun Lihui1,2Song Zhaoyang1,2Guo Yuchao1,2Jia Huaixiao3

(1.SchoolofCivilandEnvironmentalengineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083,China;2.StateKeyLaboratoryforHigh-efficientMiningandSafetyofMetalMinesofMinistryofEducation，Beijing100083，China;3.InnerMongoliaGuanglianYitaiCoalLimitedLiabilityCompany，Erdos017000，China)

By means of investigation on acoustic characteristics during the failure process of weakly consolidated sandstone under uniaxial compression in Hongqinghe coal mine，and according to the mechanical parameters and acoustic emission signal collected from the tests，the curves of stress-strain，stress-time-cumulative count rate，stress-time-absolute energy rate，and the stress-strain-the cumulative count rate，stress-time-absolute energy rate before and after the peak value are drawn.According to the stress-strain curves，the rock failure is divided into two types：one is the traditional four stages of rock failure mode；the other is the five stages of failure modes.The ductility stage with stable stress and increasing strain appears at five-stage failure mode after the strain softens.Compared with the acoustic emission characteristics between the two failure modes，the acoustic emission changes a lot after the peak.Under the same compressive strength，samples with less elastic modulus produce more acoustic emission phenomena，but its absolute energy produced are the same.Cumulative count rate can be used to judge whether the samples are completely destructed.

Weakly consolidated sandstone，Uniaxial loading，Acoustic emission，Destruction form，Cementation ductile phase

2015-06-04

紀洪廣(1963—),男，教授，博士,博士研究生導師。

TD315

A

1001-1250(2015)-10-056-06