花岗岩三轴压缩下的声发射Kaiser点特性：频段与分形分析

"该研究通过高、低两种频率的声发射(AE)通道对花岗岩进行三轴压缩实验，探讨了Kaiser点在不同压力下的声发射信号频段和分形特性。研究发现，尽管两种频率通道的AE振铃计数特征数值有所不同，但Kaiser点出现的位置相似。Kaiser点的频段特征受围压影响不大，而轴向相对应力水平对特征频段有显著影响。此外，Kaiser点的AE能量关联维数低于其相邻点，揭示了岩石内在破坏过程的复杂性。" 本文是关于地质力学和岩石力学领域的行业研究，具体集中在声发射技术在三轴压缩试验中的应用，以分析花岗岩的机械行为和破坏前兆。声发射(AE)是一种无损检测技术，能够实时监测材料内部的应变和微裂纹发展。Kaiser效应是AE技术中的一个重要概念，它指出在材料经历预加载后，再次加载时，AE活动会有一个明显的峰值，即Kaiser点，通常预示着材料内部结构的显著变化。 在实验中，研究人员采用了两种不同的AE频率通道，对花岗岩样本施加1至30 MPa的压力，并进行循环加载和卸载。通过应力-时间-计数准则识别Kaiser点。随后，他们利用小波包分析和G-P算法来研究Kaiser点及其邻近点的频段能量分布和AE能量关联维数。 研究结果显示，尽管两种频率通道观测到的AE振铃计数在数值上有差异，但它们的动态变化趋势一致，因此Kaiser点的位置可以被共同确定。在Kaiser点的频段特征上，围压似乎对特征频段的变化规律影响不大。当轴向相对应力水平低于63.67%时，Kaiser点的特征频段集中在0~62.5 kHz和187.5~250 kHz；而当轴向相对应力水平超过69.06%时，特征频段变为62.5~125 kHz。此外，Kaiser点的AE能量关联维数小于其相邻点，这表明在Kaiser点附近，AE信号的复杂性和非线性程度更高，可能反映了岩石内部结构的临界状态。 这些发现对于理解花岗岩在高压条件下的力学响应和预测岩石破坏具有重要意义，对于地质灾害的预防、矿井安全和地下工程的设计都有实际应用价值。同时，该研究的方法和结果也为其他硬质岩石的声发射研究提供了参考。