Search

Determination of in-situ stress serves as an important step in the design and construction of civil and mining projects, among others. Conventional methods of the in-situ stress measurement are time- and cost-intensive. Therefore, the application of low-cost yet rapid methodologies for in-situ stress evaluation has been increasingly regarded by researchers. The Kaiser effect-based acoustic emission method is one of such novel approaches to the in-situ stress evaluation. Not only the point at which the Kaiser effect occurs, but also the mechanism of the Kaiser effect is of paramount importance. In this research, acoustic emission tests were conducted on phyllite rock samples under Brazilian tensile loading to collect a variety of acoustic data, including the amplitude, rise time, count, duration, and energy. Then, the Kaiser effect point was determined using the collected data on acoustic parameters, with its occurrence mechanism investigated. In addition, mathematical transformations were adopted to transform the acoustic signal from the time domain to the frequency domain, where the peak frequency was analyzed. The results of the RA/AF ratio analysis showed that the acoustic emission was sourced from tensile micro-cracks. Moreover, the high level of energy indicated a high intensity of crack formation at the Kaiser effect point. The large number of received hits showed that the count of generated cracks increases abruptly within the range of the Kaiser effect. In addition, the obtained high value of the peak frequency implied that the crack growth rate is high at the Kaiser effect point., In situ određivanje naprezanja, među ostalim, služi kao važan korak u projektiranju i izradi građevinskih i rudarskih projekata. Konvencionalne in situ metode mjerenja naprezanja vremenski su i troškovno zahtjevne. Stoga istraživači sve više razmatraju primjenu jeftinih, ali brzih metodologija za procjenu in situ naprezanja. Metoda akustične emisije koja se temelji na Kaiserovu efektu jedan je od takvih novih pristupa u procjeni in situ naprezanja. Ne samo točka u kojoj se Kaiserov efekt javlja, nego i mehanizam Kaiserova efekta od iznimne je važnosti. U ovome su istraživanju provedena ispitivanja akustičke emisije na uzorcima filitnih stijena pri ispitivanju vlačne čvrstoće stijena uporabom brazilskoga testa kako bi se prikupili različiti akustički podatci uključujući amplitudu, vrijeme porasta, broj, trajanje i energiju. Potom je na temelju prikupljenih podataka o akustičkim parametrima određena točka Kaiserova efekta te je ispitan mehanizam njezina nastanka. Osim toga, usvojene su matematičke transformacije za transformaciju akustičkoga signala iz vremenske domene u frekvencijsko područje, gdje je analizirana vršna frekvencija. Rezultati analize omjera RA/AF pokazali su da je akustička emisija nastala iz vlačnih mikropukotina. Štoviše, visoka razina energije upućuje na visok intenzitet stvaranja pukotina u točki Kaiserova efekta. Velik broj primljenih impulsa pokazao je da se broj novonastalih pukotina naglo povećava unutar raspona Kaiserova efekta. Osim toga, dobivena visoka vrijednost vršne frekvencije implicira da je brzina širenja pukotine visoka u točki Kaiserova efekta.

Knowledge of in-situ rock stress is one of the significant issues in many engineering problems. There are various methods for determining in-situ stress. Most of the common methods used for the determination of in-situ stress are time and cost consuming, and in many cases need specific accessibility. Therefore, attention to core-based methods is increasing. One of these methods is the acoustic emission technique based on the Kaiser effect. This method is among the stress stressing-destressing methods and is based on observing rock behaviour without having any important impact on it. Knowledge of the acoustic emission principles and acoustic signal parameters is the first step to use the Kaiser effect method for in-situ stress determination. Also, using the Kaiser effect method requires knowledge on the mechanism and theory associated with the Kaiser effect. In this research, different methods for determining the Kaiser effect in parametric (tangent method and maximum slope, etc.) and signal processing (Fourier transform, wavelet transform, etc.) terms were reviewed. The results obtained from the Kaiser effect method were compared to other common methods used for in-situ stress measurement, like over-coring and hydraulic fracturing methods, and based on the results, there was a good agreement between them. Also, the effective parameters on determining the Kaiser effect stress point were investigated. The important parameters were the testing procedure, confining pressure, physical properties of rock, delay time and retention time, direction and amount of loading, anisotropy angle and loading rate., Poznavanje in situ naprezanja u stijenskoj masi jedan je od važnijih aspekata u mnogim inženjerskim problemima. Postoje različite metode za određivanje in situ naprezanja. Većina uobičajenih metoda koje se koriste za određivanje in situ naprezanja vremenski su i financijski zahtjevne te je u mnogim slučajevima potrebna posebna pristupačnost. Stoga se sve više pažnje posvećuje metodama temeljenim na ispitivanjima provedenim na jezgrama. Jedna je od tih metoda i metoda akustičke emisije koja se temelji na Kaiserovu efektu. Ubraja se u metode naprezanja postupcima opterećenja i rasterećenja, a temelji se na promatranju ponašanja stijena bez znatnoga utjecaja na nju. Poznavanje principa akustičke emisije i parametara akustičkoga signala prvi je korak u primjeni metode za određivanje in situ naprezanja na temelju Kaiserova efekta. Nadalje, primjena metode Kaiserova efekta zahtijeva razumijevanje mehanizma i teorije povezane s Kaiserovim efektom. U ovome istraživanju razmatrane su različite metode za određivanje Kaiserova efekta u okviru parametara (metoda tangente i maksimalni nagib itd.) i obrade signala (Fourierova transformacija, valićna transformacija i sl.). Pored navedenog, rezultati dobiveni metodom Kaiserova efekta uspoređeni su s drugim uobičajenim metodama koje se koriste za mjerenje in situ naprezanja, kao što su overcoring metoda i metoda hidrauličkoga frakturiranja te je na temelju rezultata ustanovljena znatna podudarnost između njih. Također su istraženi ključni parametri za određivanje točke naprezanja kod Kaiserova efekta. Ključni parametri bili su postupak ispitivanja, ograničavajući tlak, fizička svojstva stijene, vrijeme kašnjenja i vrijeme zadržavanja, smjer i količina opterećenja, kut anizotropije i brzina opterećenja.

Kako bi se analizirao utjecaj kuta, broja i raspona raspukline na čvrstoću i karakteristike akustičke emisije (AE) stijenske mase, postavljen je jednoosni kompresijski model uzoraka stijene uz primjenu PFC2D računalne platforme za protok mikro čestica. Metodom pokusa i pogreške određeni su originalni parametri stijene, u modelu su unaprijed izvedene raspukline različitih kutova, brojeva i razmaka, te je provedeno ispitivanje na pritisak metodom praćenja pomaka. Tlačna čvrstoća, modul elastičnosti i vremenske karakteristike AE uzoraka stijene su se povećali, smanjili te ponovo povećali kako se povećavao kut raspukline. Karakteristike AE kod raspukline kutova 0°, 15°, 30° i 90° bile su u skladu s onima kod originalnih uzoraka stijene, dok su se kod kuta raspukline od 45° ÷ 75° pojavile relativno diskretne karakteristike AE. Veći broj raspuklina podudarao se u nižoj jednoosnoj tlačnoj čvrstoći, modulu elastičnosti i intenzitetu AE. Međutim, nije došlo do značajne promjene u vremenu i veličini deformacije. Tlačna čvrstoća i intenzitet signala AE uzoraka stijene porasli su s povećanjem razmaka raspukline, ali se to nije pokazalo na pokazivaču vremena AE. Jednoosna ispitivanja kompresije provedena su numeričkom simulacijom kako bi se izbjegli nehomogeni i diskretni učinci ispitivanja u zatvorenom prostoru i točno odredio utjecaj kuta, broja i razmaka raspukline na čvrstoću i karakteristike AE stijenske mase. Rezultati mogu pomoći kod određivanja odgovarajućih kriterija za predviđanje nestabilnosti stijenske mase., To analyse the influence of joint angle, number and spacing on the strength and acoustic emission (AE) characteristics of rock mass, the uniaxial compression model of rock specimens was established using the micro particle flow PFC2D software platform. The intact rock parameters were determined via trial and error, joints with different angles, numbers and spacing were prefabricated in the model, and a compression test was performed using the displacement control method. The compressive strength, elastic modulus, and AE time characteristics of the rock specimens increased, decreased, and then increased again along with increasing joint angle. The AE characteristics at joint angles 0°, 15°, 30° and 90° were consistent with those of the intact rock specimens, while the 45° ÷ 75° joint angle showed relatively discrete AE characteristics. A larger number of joints corresponded to lower uniaxial compressive strength, elastic modulus, and AE intensity. However, the time and strain range of the obvious AE were not significant. The compressive strength and AE signal intensity of the rock specimens increased along with joint spacing, but the AE triggering time did not show obvious changes. Uniaxial compression tests were performed via numerical simulation to avoid the non-homogeneous and discrete effects from the indoor test and to reflect accurately the influence of joint angle, number, and spacing on the strength and AE characteristics of rock mass. The results can help in generating reliable criteria for predicting the instability of engineering rock mass.