岩石声发射技术的应用现状
彭新明1,孙友宏2,李安宁3
(1.北京市地质工程勘察院,北京00037;2. 长春科技大学工程技术学院，吉林长眷130026;3. 北京市地质矿产勘查开发局,北京100050)
摘 要:介绍了国内外岩石声发射技术在测定地应力、钻进监测、岩石力学与岩石破碎学研究、坑道岩体稳定性监测等方面的应用现状及发展趋势。
关键词;岩石声发射技术；应用；现状
中图分类号:P634.5文献标识码:A 文章编号 :1004-5589(2000)03-0303-04
固体物质在外界条件(机械载荷、温度变化等)作用下,其内部将产生局部应力集中现象。由于应力集中区的高能状态是不稳定的,它必将向稳定的低能状态过渡,在这一过渡过程中,应变能将以弹性波的方式快速释放,即声发射现象。各种材料的声发射范围很宽。从次声频声频到超声频，所以声发射有时也称为应力波发射(Stress wave emission)。 在地质上有时称为微震(Microseismic)。声发射是-种非常普遍的物理现象，大多数金属材料和几乎所有的岩石在塑性变形和断裂时都有声发射发生。但一般情况下，声发射信号的强度很弱,人耳不能直接听到,需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器检测分析和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术。岩土体在受压临近破坏时,引起微裂隙的产生与扩展，产生声波或超声波,即所谓的岩石声发射现象。一般认为在岩石中,位错可能产生微水平的声发射,而孪晶颗粒界面的移动、裂缝的产生和传播可能产生宏观水平的声发射。
1、岩石声发射技术的应用
目前对岩石声发射技术的实际应用主要集中在以下几个方面。
1.1测定地应力
1953年,德国学者Kaise在研究金属的声发射(AE)特性时发现,受单向拉伸的金属材料,只有当应力达到材料所受的最大先期应力时才开始出现明显的声发射现象,这就是以他的名字命名的凯塞效应。60年代Goodman发现岩石的压缩试验中Kaise效应仍然成立。70年代末以来，日、中、美学者对这一问题进行了广泛的理论和实验研究，使Kaise效应测定地应力开始由探索阶段向实用阶段发展。
岩石Kaise效应,是指对取自地下一定深度的岩石试件进行单轴压缩试验,当所施加荷载达到岩石所经受的先期最大应力值时,岩石开始出现明显的声发射。因此，在现场获取经历过地应力作用的岩石,利用岩石Kaise 效应,经过室内加工试件后,进行单轴压缩试验,然后利用弹性理论求得岩石的地应力大小和方向。
Hupe等人用常规的套钻应力解除法和AE凯塞效应法测定花岗岩中的原位应力，得出的结论是:套钻法与凯塞效应法的数据组之间存在着明显的差异；凯塞效应法测得的应力值比预期的应力值明显要低些,这是由于取出的岩芯与进行AE试验之间的时间延迟和凯塞效应应力记忆的保留时距较短所致；凯塞效应保留时距(KERS)的研究证明了KERS可能与试验岩样的直径有关，较大直径具有较长的保留时距。Hupe等人还断定：尽管凯塞效应在深孔原位应力测量方面有应用前景，但是，目前此技术还不成熟,效果还不够确凿。因此、它还不能提供原位应力可靠的测定。在该项技术能够转人常规应用之前,有些因素，诸如凯塞效应保留时距，二次钻取岩芯试样的影响，以及单轴岩石试验与多轴应力之间的关系等，必须得到充分的了解。归根结底，对凯塞效应试验必须采取使其标准化途径[1]。
