声发射技术在岩石试验研究中的应用
刘明松 张春雷
摘 要：介绍了声发射技术的特点及原理，分析了声发射技术在岩石试验研究中的成果，并指出声发射技术在岩石试验研究中的不足，最后对其应用前景进行了展望，为岩石试验研究带来了经济效果，同时为指导工程的设计施工提供了有利的理论依据。
关键词：声发射技术，凯塞效应，岩石试验研究
中图分类号：TU455 文献标识码：A
声发射(Acoustic Emission，简称AE)技术是利用岩石变形过程中，内部破裂的产生和破裂面之间的摩擦滑动所辐射的超声波信息，连续不断地观测岩石材料内部微破裂的动态演化，以此来研究岩石变形、破坏的微观机制，对探讨岩体突发失稳机制和地震预报预防具有重要意义。声发射作为一种检测技术起步予20世纪50年代的德国，60年代该技术在美国原子能和宇航技术中迅速兴起，并首次应用于玻璃钢固体发动机壳体检测中；70年代，在日本、欧洲及我国相继得到发展，但因当时的技术和经验所限，仅获得有限的应用；80年代开始获得较为正确的评价，引起许多发达国家的重视，在理论研究、试验研究和工业应用方面做了大量的工作，取得了一定的进展。
1 声发射技术的特点及原理
1.1 声发射技术是一种动态检测方法
1)可以对静态的结构进行检测，也可以对受力的围岩进行实时检测。2)对形态复杂的和特大的构件或岩体可以在控测范围的任何部位进行检测。3)由于声发射技术所用的固体材料普遍存在，对大多数岩土工程都可以用声发射技术来检测。
1.2声发射技术原理
凯塞效应是德国学者Kaiser在1963年研究金属声发射特性时发现的，材料被重新加载期间，在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号。也就是说，岩土体在受荷载作用时引起内部微裂纹的产生、发展、错位、颗粒界面的移动、破坏等都会产生声发射；岩土体声发射的频次、多少、激烈程度与岩土体的破坏过程密切相关，岩土体破坏愈严重，岩体声发射频次愈高，放能量愈大。因此，通过岩土体声发射频次、能量等有关指标，在一定程度上反映了岩体结构特征及其破坏过程[1]，这是声发射技术在岩石试验研究的主要依据。声发射检测原理见图1。
2声发射技术在岩石试验研究中的成果
殷正钢等通过单轴压缩条件下四种岩石的声发射试验得出岩石的声发射特性主要取决于岩石本身，且岩石的声发射事件率与其能量率规律并不完全一致。蒋海昆(2000年)的研究显示[2]：在线弹性变形阶段，高频成分随时间有增加的趋势，而在弱化阶段，部分事件出现低频峰。刘力强等(2001年)对五种岩石标本的
试验研究表明[3]，当变形以破裂为主时，声发射频谱在失稳前会出现明显的下降；而当变形以摩擦为主时，声发射频谱在失稳前变化相对较小，且上升下降均可能出现。
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