岩土破坏过程声发射特征的实验研究
赵恩来，王恩元
(中国矿业大学能源与安全工程学院，江苏徐州221008)
摘 要：通过对重庆黄泥包滑坡处采集的岩土试样进行单轴压缩和拉伸实验，测试了岩土破坏过程的声发射信号，得出了岩土破坏过程声发射的基本特征：在单轴压缩实验中，声发射能量信号随着压力的增加呈现连续增加的趋势，在主破裂时刻有较强声发射能量信号产生；在蠕变实验中，AE在压力上升阶段信号增强，在恒定压力下，AE信号有所减弱，整体趋势较为平缓；在拉伸实验中，岩土的破坏方式呈主震型和群震型；AE信号能够反映岩土受载过程；岩土的抗压强度与声发射能量最大值呈正相关性；加载速率越大，声发射能量最大值也越大。
关键词：岩土受载；声发射；单轴压缩；岩土强度
中图分类号：TU459 文献标识码：A 文章编号：1672-2132(2006)03-0316-05
0 引言
岩石在荷载作用下会产生声、光、电磁和变形等物理效应，声发射现象就是当岩石受力变形时，部分贮藏能量以弹性波(声波)的形式释放出来[1]。早在20世纪30年代末期，美国矿务局的奥伯特(Obert)和杜瓦尔(Duall)[2]就发现了受压力作用的岩石结构存在声发射(Acoustic Emission，简称AE)活动。
滑坡是主要地质灾害类型之一，危害和影响程度仅次于地震、火山。滑坡按土性可分为土体滑坡和岩石滑坡[3]。目前，对于滑坡的预测预报包括空间预测与时间预测，两者缺一不可。滑坡的空间预测为时间预报提供对象；滑坡时间预报的选点必须首先以滑坡空间预测成果为依据，从而避免盲目设点造成错漏的弊端[4]。
近年来，声发射技术发展迅速，已成为岩石力学研究中很重要的工具之一。借助AE监测技术，在国内外已成功地预报了几次大岩体失稳事故，在土体滑坡的预测中，也开始尝试应用这一技术(如黄茨滑坡)。国内学者对岩石声发射现象有了广泛的研究[5~8]，并扩展到煤岩[9]、混凝土[10]等材料的声发射特征的实验研究。前人研究岩土的声发射特征主要从声发射率方面来探讨，本文通过对较软的泥岩材料进行不同方式的加载实验，从能量角度对AE规律及变化趋势进行分析，为进一步准确预测预报土体滑坡提供基础的理论依据。
1试样及实验系统
实验所需的岩土试样均在重庆黄泥包滑坡处采集。其位于万州城区枇杷坪滑坡西侧，滑坡体后缘边界为基岩，滑坡区地形北高南低。滑坡体厚度变化大，为2.45～25.00 m，滑坡面为泥岩与砂岩的交界面，泥岩的分布厚度大约4.6～12.4 m，砂岩的分布厚度在10m以上。实验所用泥岩试样取自泥岩与砂岩的交界面，以褐黄色、灰褐色、紫红色可塑状粘土为主，具较好粘性IP=10.4～15.8)，呈可塑状，局部呈坚硬状(IL=-0.10-0.55)，其间含泥岩角砾。实验过程中，将岩土制成Φ50 mmx25 mm和50mm×50mm×100mm的2种试样。声发射测试系统是本文的核心实验系统，建立的实验系统见图1，由加载系统、DISP-24型声电数据采集系统、载荷一位移记录系统组成。
声发射传感器用于接收试样破坏产生的声发射信号，其谐振频率分别是50kHz和140kHz。准备实验时，先用酒精将试样的一个侧面擦干净，之后用凡士林将声发射传感器耦合到岩土试样上，并用胶带纸粘紧，保证每次胶带纸使用压力相同，以确保试样破坏过程中产生的弹性波良好传播且被传感器接收。
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