巖石聲發射特性研究綜述

聲發射試驗主要在巖石力學試驗中應用較廣，國內外開展了大量的研究。主要包括：單軸壓縮，常規三軸試驗下巖石、混凝土以及煤的聲發射特征；探討和研究了應力作用下，巖石的應力應變與聲發射特征的關系，分析了巖石破壞工程中的聲發射頻率和振幅的分布規律；利用巖石聲發射對礦山、隧道、大壩以及邊坡進行檢測，對建筑結構、橋梁和鐵塔進行動態檢測和完整性評價，并取得了豐碩的成果：

陶紀南等對巖石聲發射的試驗研究表明，巖石臨近破壞前聲發射相對平靜，甚至會多次出現，它是巖石逐次破壞、能量逐次釋放過程中暫時平衡反映。巖石聲發射信號的事件頻度歷時累計曲線和巖石對應的位移歷時曲線都具有指數函數規律。提出巖石聲發射特征參數應根據聲發射脈沖和按頻率展開的振幅譜都不連續的特點定義事件額度和聲發射能率。

陳忠輝等采用統計損傷力學觀點推導出在圍壓作用下巖石應力應變本構關系理論表達式, 并探求了巖樣在快速增、卸圍壓時的本構特性, 在此基礎上, 得到了巖樣在快速增、卸圍壓時的聲發射變化特征, 結果表明: 圍壓作用下的巖樣快速卸圍壓, 促使聲發射突增,而在一定范圍內快速增圍壓, 聲發射并不發生, 只有增加一定的軸壓后, 才會有聲發射。

唐春安根據統計細觀損傷力學原理和巖石聲發射原理，提出了巖石的聲發射與巖石的損傷具有一致性假設，即N ∝D（N為巖石的聲發射數，D為巖石損傷參量），并在解析解簡單模擬巖石聲發射規律的基礎上，提出用有限元方法研究巖石聲發射規律的基本思路：首先考慮巖石單元體參數的非均勻性，假定其服從某種統計分布特征，然后采用上述基本假設，在計算過程中對每個時刻的單元破壞數進行統計，并將它作為巖石聲發射數的度量，最后借助數值計算方法來研究巖石的聲發射規律。

趙洪寶等 研究了含瓦斯煤的聲發射特征，對含瓦斯煤巖的進行常規三軸試驗，發現含瓦斯煤樣破壞過程中沒有特別明顯的聲發射事件密集區和稀疏區；而聲發射事件振幅比較均一，且維持在一個較小的振幅水平附近，大振幅事件的出現呈現“三峰”特性；含瓦斯煤樣破壞過程中的聲發射事件能量隨變形的增加而逐漸變大；屈服階段至峰值強度處之間，聲發射事件能量達到最大；之后含瓦斯煤巖破壞點；含瓦斯煤樣破壞過程中的聲發射事件的聲發射計數、事件振幅和能量變化趨勢與三軸壓縮曲線呈滯后對應關系。并選取煤樣內任一微小單元，假定其強度符合威布爾統計分布規律，建立煤巖的損傷變量與微單元破壞概率密度的關系，推導并建立了以聲發射特性為基礎、考慮瓦斯作用下的含瓦斯煤巖損傷變量與聲發射事件數的關系式。

宿輝等采用顆粒離散元程序，用PFC2D模型建立巖石數值試樣時，設定顆粒間法向和切向鏈接強度，能夠直接反映巖石的宏觀強度，在荷載作用下一旦切向應力或法向應力超過相應的鏈接強度，鏈接便會斷裂，對應一次聲發射產生。在數值試驗加載過程中，將每一時步的聲發射數記錄下來，繪制在與加載時間有關的坐標圖上，即可得到巖石加載的聲發射時間序列特征曲線，同時聲發射可以實時顯示出來，反映其在斷面的分布特征。發現巖石聲發射最大強度和峰值破壞時間并不同步，有不同程度滯后，不均質度越高、滯后時間越長。

文研究了巖石試樣在周期性循環荷載作用過程中的聲發射特征，不同加載速率和應力幅度下的循環試驗，聲發射規律體現出不同的發展模式，加載速率對聲發射的影響主要在聲發射率上，特別是主裂紋形成擴展階段，速率加大使循環過程中的主裂紋形成、擴展速率增加，加快了巖石破壞的速率，從而增大了聲發射率；無論是在加載和加卸載試驗中，巖石峰強度后的宏觀破壞過程中都產生大量的聲發射事件。試驗還表明，對于具有中壓突增型聲發射特性的巖樣，都有峰值前出現聲發射相對平靜期現象的特點。

目前，國內外學者對于不同路徑加載條件下巖石破裂過程中聲發射參數特征進行了大量的試驗研究。蔣宇，葛修潤等研究了循環荷載作用下巖石疲勞破壞過程中的變形規律和聲發射特征，揭示了兩者之間的聯系，從宏觀不可逆變形和微觀損傷的角度對巖石疲勞破壞過程進行了初步分析；李庶林等對巖石單軸壓縮下破壞全過程的聲發射進行了試驗研究；尹賢剛等研究了巖石單軸壓縮下破壞全過程聲發射強度的分形特征，建立了巖石破壞聲發射強度分維模型，分析了巖石破壞全過程各個應力水平聲發射分形特征以及分形維值隨實驗時間的變化規律；李元輝等應用聲發射及其定位技術，通過單軸受壓巖石破壞聲發射試驗，對巖石破裂過程中的聲發射b 值和空間分布分形維值隨不同應力水平的變化趨勢進行了研究。