煤炭科学技术

作者：尹升华, 周昀, 杨晓炳, 陈威, 陈俊伟,

关键词：加载速率, 胶结充填体, 声发射, <i>r</i>值特征, 裂纹演化,

为探究加载速率v对胶结充填体裂纹演化机制的动态调控规律，开展了v=0.002，0.004，0.008，0.010 mm/s下的单轴压缩同步声发射试验。通过分析声发射振铃计数、平均频率（AF）、上升时间−幅值比（RA）及r值（RA/AF）的时变特征，并结合高斯混合模型（GMM）与移动平均滤波算法对RA-AF数据集进行无监督聚类，以识别裂纹类型及其演化规律。研究结果表明：① 峰值应力（σf）附近，充填体的声发射振铃计数呈现区间震荡现象，随着v增大，充填体的弹性变形及塑性屈服阶段的振铃计数波动率减小；② v从0.002增至0.010 mm/s时，AF分布集中范围随速率增加由0～150 kHz压缩至0～100 kHz，RA分布集中范围由0～5 ms/V扩展至0～10 ms/V，且高RA信号集中于AF&lt;80 kHz窄带；③ v增大对峰后破坏模式具有显著影响，剪切裂纹比例由19.11%（v=0.002 mm/s）跃升至64.23%（v=0.010 mm/s），表明v增大会驱动破坏机制从拉伸破坏主导向拉伸−剪切复合型破坏转化；④ 以加载应力阶段为界限，GMM聚类分析可将充填体的裂纹演化分为拉伸裂纹主导（0～20%σf）、拉伸−剪切裂纹转化（20%σf～80%σf）、剪切裂纹快速增长（80%σf ～100%σf）和剪切−拉伸裂纹共同主导（峰后破坏）4个阶段，其中剪切裂纹在80%σf ～100%σf处的快速增长是充填体局部失稳破坏的前兆特征。研究可为充填体的稳定性分析与破坏预测提供理论支持。

来源：2025年第6期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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