1、第27卷第4期巖石力學與工程學報V ol.27 No.4 2008年4月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April,2008單軸壓縮下巖石聲發射定位實驗的影響因素分析許江,李樹春,唐曉軍,陶云奇,姜永東(重慶大學西南資源開發及環境災害控制工程教育部重點實驗室,重慶 400044摘要:應用聲發射及其定位技術,在單軸壓縮載荷作用下,采用實驗方法觀察重慶細砂巖試樣破裂失穩過程中其內部微裂紋孕育、發展的三維空間演化模式,研究巖石聲發射定位實驗的影響因素。實驗結果表明:(1 端部摩擦對巖石破裂過程中的聲發射特征影響顯著,采用11(質量比

2、硬脂酸和凡士林的混合物作為減摩劑進行AE定位實驗,在試樣初始壓密階段基本沒有AE事件,取得較好的效果。(2 重慶細砂巖的AE定位事件主要分布在中部,呈散漫分布,兩端沒有明顯的條帶叢集現象,中部沒有得到聲發射定位事件的“空白區”,通過與相關成果的對比,說明巖石的種類、構造和均勻程度是AE定位實驗的主要影響因素之一。(3 加載方式和加載的控制方式會直接影響巖石試樣破壞的進程和程度,從而影響AE事件。(4 通過重慶細砂巖試樣疲勞荷載AE定位實驗說明加載歷史對AE時間序列及AE事件均有影響。以上實驗和分析結果可以為巖石聲發射定位實驗的方案設計提供參考。關鍵詞:巖石力學;聲發射;巖石破裂;裂紋;單軸荷載

3、中圖分類號:TU 458+.3 文獻標識碼:A 文章編號:10006915(200804076508INFLUENTIAL FACTORS OF ACOUSTIC EMISSION LOCATIONEXPERIMENT OF ROCK UNDER UNIAXIAL COMPRESSIONXU Jiang,LI Shuchun,TANG Xiaojun,TAO Yunqi,JIANG Yongdong(Key Laboratory for the Exploitation of Southwestern Resources and the Environmental Disaster Contr

4、ol Engineering,Ministry ofEducation,Chongqing University,Chongqing400044,ChinaAbstract:Acoustic emission(AE technique can be used to monitor the microcracks development in the rock test samples continuously in real-time;it is better than other methods. AE location technique is employed to study crac

5、k initiation and propagation process of Chongqing sandstone. Also,the crack spatial evolution mode with loading time has been observed and the influential factors of AE location experiment of the sandstone have been discussed. The experimental results are displayed as follows. (1 The attrition of th

6、e tip of the sample has remarkable influence on AE characteristic in the rock failure process;and the mixture of the stearic acid and the vaseline(weight ratio 11 is used as attrition-reduced agent to the AE location experiment. No AE event is found when the initial crack is closed;it will obtain a

7、better effect. (2 The AE location of the Chongqing sandstone test sample mostly is distributed in central-section and assumes dispersion. No void space is shown in the central-section of the sample. Contrasted with the relevant studies,it is shown that the rock type,the structure and the level of un

8、iformity are the major influential factors. (3 The load mode and the load control mode can directly affect the rock failure process so as to affect the AE events. (4 AE location experiment of the Chongqing sandstone test sample under fatigue load shows that the load history affects the AE time serie

9、s and the AE events. The experimental and analytical results can afford useful help for the program design of AE location experiment of收稿日期:20071016;修回日期:20071127基金項目:國家自然科學基金資助項目(50574108;國家自然科學基金重點項目(50534080;教育部博士點基金資助項目(20060611006作者簡介:許江(1960,男,博士,1982年畢業于重慶大學采礦系礦山工程物理專業,現任教授、博士生導師,主要從事巖石力學與工程方

10、面的教學與研究工作。E-mail:jiangxu 766 巖石力學與工程學報 2008年rocks.Key words:rock mechanics;acoustic emission(AE;rock failure;crack;uniaxial load1 引言巖石材料受外力或內力作用時,由于其自身的形變和裂紋擴展而造成的脆性材料內局部因能量的快速釋放而發出的瞬態彈性波現象,稱為聲發射(acoustic emission,AE。聲發射的研究有助于揭示材料內部微破裂萌生、擴展和斷裂的演化規律,可廣泛應用于巖石類材料的微破裂機制、地震序列、原巖地應力以及巖體穩定性等領域的研究1。目前對巖石聲發射

11、的理論研究主要集中在巖石受載破壞過程中的聲發射規律、Kaiser效應及聲發射損傷理論等方面。李庶林等2和蔣宇等3分別對單軸受壓巖石破壞全過程和疲勞荷載過程進行了聲發射實驗,分析了巖石破壞過程中的力學特性和聲發射特征。C. Li和E. Nordlund4通過8種巖石實驗發現除了鐵礦石以外大部分巖石具有Kaiser效應。李元輝等5通過實驗提出巖石材料在受壓變形過程中產生的塑性變形是出現Felicity效應的主要原因。張明等1利用累積聲發射數與損傷變量一致的觀點,建立了準脆性材料聲發射的損傷模型,得到了聲發射率和Kaiser效應的一般表達式。在巖石聲發射的應用研究方面,張立杰等6基于聲發射的煤巖動力

12、失穩行為實驗與現場相關測試的比較,綜合分析了復雜變化環境下煤巖的失穩聲發射定量規律。姜永東等7應用彈性力學理論推導出地下巖體測點處的地應力表示和地應力橢球基本方程,研究了聲發射Kaiser效應測定巖體地應力的原理、方法和測試技術。趙奎等8將小波分析技術應用到巖石聲發射測量地應力信號處理分析中,為研究巖石聲發射測量地應力機制提供了新的研究思路和方法。盡管對巖石聲發射理論與應用的研究已經取得了不少成果,但這些研究成果不能完全反映巖石在整個加載過程中其內部微裂紋孕育、萌生、擴展、成核和貫通的三維空間演化過程。趙興東等9在前人研究成果的基礎上,應用聲發射及其定位技術研究了單向加載條件下含不同預制裂紋以

13、及完整的花崗試樣破裂失穩過程中其內部裂紋孕育、萌生、擴展、成核和貫通的三維空間演化過程,并分析了隨應力應變變化巖石的聲發射活動特性。這一形象化的研究成果增加了對巖石破裂過程中聲發射特征的新認識。在單軸單調加載和疲勞荷載條件下對重慶細砂巖完整試樣的聲發射定位實驗過程中,筆者并未得到趙興東等9中的完整試樣的實驗結果。例如:趙興東等9所得到的結果表明,試樣兩端有較明顯的聲發射定位事件叢集,中部有較大的“空白區”。而本文的實驗結果表明,重慶細砂巖的AE定位事件主要分布在中部,呈散漫分布,兩端沒有明顯的條帶叢集現象,且其中部沒有得到聲發射定位事件的“空白區”。結果的差異并不能說明哪種現象更典型,不過,這

14、一現象引發了作者對聲發射定位實驗影響因素的思考。為此,本文擬通過不同實驗結果的對比,對端面減摩措施、加載方式和加載控制方式、探頭數量、加載歷史、巖石構造和均勻程度等幾個在聲發射定位實驗中需要重點關注的問題進行了分析。2 實驗概述2.1試樣的采集與制作實驗用試樣選用重慶細砂巖,為盡可能降低因天然巖石試樣個體差異造成的實驗結果的離散性,在大塊完整無節理的砂巖體上采取密鉆取樣提取巖芯,且以自然位置最為臨近的試樣進行分組。采用濕式加工法在實驗室內將所采集的細砂巖加工成50 mm×50 mm×100 mm(長×寬×高的長方體試樣,試樣加工成型后,打磨端面,使其端面

15、平整度控制在0.02 mm以內,試樣加工好后置于室內通風條件較好的位置自然風干2周以上。2.2加載裝置與方式實驗用動力裝置采用美國MTS815巖石力學測試系統,該試驗機主要用于測試高強度固體材料在單軸、三軸、單調、循環、蠕變等各種條件下的力學實驗,設備具有軸向剛度大、測試精度高、性能穩定以及可靠的特點,采用力、位移、軸向或橫向應變等多種控制方式,可實現數據的高、低速采集,第27卷第4期許江,等. 單軸壓縮下巖石聲發射定位實驗的影響因素分析 767 并通過軸向和橫向各種力、位移傳感器自動繪制材料的應力、應變、位移及時間曲線。實驗按加載方式分為單軸單調加載和單軸疲勞荷載兩大類,其中,疲勞荷載實驗的

16、上限應力取相應單軸抗壓強度的90%,下限應力則取相應單軸抗壓強度的45%,疲勞荷載實驗采用力控制,加載波形選擇三角波。2.3聲發射測試分析系統聲發射測試分析系統采用美國物理聲學公司PAC(Physical Acoustic Corporation生產的PCI2聲發射測試分析系統,該系統是該公司推出的最新產品,采用了PCI2板卡,最大限度地降低了采集噪聲,該系統是一種全數字化、多通道、計算機化系統,由于采用了18位A/D轉換技術,可以實現對聲發射信號實時采集的同時,對波形信號進行實時采集和存儲。PCI2系統具有超快處理速度,低噪聲,低門檻值和可靠的穩定性。本實驗中設定聲發射測試分析系統的主放為4

17、0 dB,門檻值為45 dB,探頭諧振頻率為20400 kHz,采樣頻率為1 M次/s。為保障實驗效果,實驗采用8個探頭進行檢測,其分布位置按PCI2聲發射測試分析系統說明書進行布置,聲發射探頭的檢測面抹上一層偶合劑并緊貼在試樣表面,并排凈空氣,然后采用膠帶固定。圖1給出了AE傳感器安裝圖。圖1AE傳感器安裝圖Fig.1 Schematic diagram of allocation of AE sensors2.4減摩劑端部摩擦(承壓板與試樣上下端面間的摩擦在其表面產生了一個剪應力,而該剪應力起到了一個沿著試樣徑向向內的“箍”的作用,使得試樣內產生了三軸應力狀態10,使單軸壓縮變成了局部三軸

18、壓縮。同時由于摩擦噪聲影響改變了AE 實驗結果。Z. T. Bieniawski和J. C. Bernede提出把試樣兩端用硫或膠泥涂封以達到一定的光滑度,但這2 種方式都會過大地強化試樣,而采用聚四氟乙烯填料以減小試樣兩端和加載端面的摩擦會引起向外擠出的力,促使其過早出現劈裂破壞。P. L. Boyd和R. C. Robertson則使用一種扭剪裝置進行了測試各種減摩劑摩擦因數的實驗,結果表明,一種不被測試界廣為人知的物質硬脂酸,具有最低的摩擦因數: 0.02211。J. F. Labuz和J. M. Bridell12進行了系列實驗測試4種減摩劑硬脂酸、聚四氟乙烯、石墨和二硫化鉬在巖石類材

19、料壓縮實驗中的潤滑效果。實驗結果表明,11(質量比硬脂酸和凡士林的混合物具有最低的摩擦因數。因此,在本文實驗中決定使用該減摩劑,其效果為:一是最大限度地減少端部摩擦效應,以有效消除試樣端部表面過早產生裂紋甚至有剝落現象的發生;二是充分降低端部噪聲。實驗結果表明,使用該減摩劑后,在巖石初始壓密過程中幾乎沒有聲發射信號產生。3 聲發射定位實驗結果及分析巖石聲發射定位實驗的影響因素多種多樣,本文只選擇其中幾種因素進行實驗并分析。3.1實驗結果為考察端部摩擦對聲發射定位實驗的影響,進行了使用減摩劑的單調加載實驗(圖2,圖中18位置見圖1,下同和不使用減摩劑的單調加載實驗(圖3,兩類實驗均采用位移控制(

20、位移控制速率為0.1 mm/min。 (a 試樣初始壓密時(b 試樣破壞時圖2 有端部減摩措施的AE定位結果(位移控制Fig.2 Testing results of AE events location of the attrition- reduced measures of the tip(displacement controlo 768 巖石力學與工程學報 2008年 (a 試樣初始壓密時(b 試樣破壞時圖3無端部減摩措施的AE定位結果(位移控制 Fig.3 Testing results of AE events location of the attrition- unreduc

21、ed measures of the tip(displacement control為觀察不同加載控制方式對巖石破壞特征和聲發射特征的影響,在使用減摩劑的同時,采用了位移控制(位移控制速率為0.1 mm/min,圖2和力控制(力控制速率為24.2 kN/min,圖4 2種不同的控制方式進行單調加載實驗,2 種速率在彈性變形階段相一致。 (a 試樣初始壓密時(b 試樣破壞時圖4有端部減摩措施的AE定位結果(力控制Fig.4 Testing results of AE events location of theattrition-reduced of the tip(force control

22、為觀察不同加載方式對巖石破壞特征和聲發射定位實驗的影響,在使用減摩劑的同時,采用了單調加載(位移控制速率為0.1 mm/min,圖2和循環加載(力控制速率為24.2 kN/min,圖5 2 種不同的加載方式分別進行實驗,2種速率在彈性變形階段相一致。此外,為考察探頭數量對聲發射定位實驗的影響,加做了采用5個探頭進行檢測的單調加載實驗進行對比。 (a 試樣初始壓密時(b 試樣破壞時圖5疲勞荷載的AE定位結果(減摩、力控制 Fig.5 Testing results of AE events location of the fatigue load(attrition-reduced tip,fo

23、rce control3.2實驗結果分析(1 減摩措施對AE定位實驗的影響在巖石力學實驗中,端面的處理是非常重要的,由于端面摩擦會導致巖石力學數據失真,尤其對于脆性材料更是如此,而端部噪聲則會對AE實驗造成極大的影響。從實驗情況看,降低端部噪聲的方式對巖石破裂過程中的聲發射特征影響顯著。在前期實驗中,也曾經做過端部加墊實驗,加墊后減少端部摩擦效果遠不如使用減摩劑明顯。如圖2(a所示,以位移控制方式的試樣施用減摩劑后在初始壓密階段幾乎沒有AE定位事件,而圖3(a所示的無端部減摩措施的試樣在初始壓密階段出現了大量AE定位事件,而且端部較多,說明端部摩擦噪聲影響顯著。如圖4(a所示,以力控制方式的試

24、樣在初始壓密階段有少量AE事件,但都集中在軸向中部,試樣兩端沒有AE事件,說明端部減摩措施有效。初始壓密階段出現少量AE事件的原因如下:砂巖屬于塑彈性材料,在其應力應變曲線中,初始壓密階段曲線斜率低于彈性階段,同樣彈性變形速率下,力控制方式在試樣初始壓密階段的速率要高于位移或應變控制,由于速率較高,而巖石在向彈性階段過渡的自組織調整過程相對滯后,所以在試樣中部出現少量裂紋和AE定位事件。(2 加載方式和加載控制方式對AE定位實驗的影響如前所述,實驗中以力和位移控制的2種速率在彈性變形階段相一致,但前者比后者在初始壓密階段的時間要短,同樣巖石屈服點到試樣破壞過程第27卷第4期許江,等. 單軸壓縮

25、下巖石聲發射定位實驗的影響因素分析 769 時間也短很多,所以前者的加載破壞全過程時間要明顯短于后者,裂紋擴展和損傷演化相對劇烈,破壞程度相對要大,觀測得到的AE定位事件數要多些,且整個加載過程的平均定位事件計數率高于后者(表1。從試樣最終破壞形態看,前者主裂紋貫通性更好,貫通性裂紋數目要多于后者,且貫通性裂紋寬度明顯較大。表1 AE事件數與AE事件計數率Table 1 AE events numbers and AE events rates實驗項目初始壓密時AE事件數破壞時AE事件數全過程時間/s全過程AE事件計數率/(次·s-18個探頭、有端部減摩措施(位移控制3 1478 7

26、19 2.068個探頭、無端部減摩措施(位移控制 144 3691 609 6.068個探頭、有端部減摩措施(力控制19 2767 343 8.078個探頭、疲勞荷載(有端部減摩措施1 4 680 10 380 0.455個探頭、有端部減摩措施(位移控制 0 607140.08循環荷載下,整個疲勞破壞過程時間較長,給了細小裂紋充分發育的空間,同時,由于采用力控制方式,裂紋形成和發展過程相對劇烈,觀測得到的AE定位事件數明顯高于單調加載(表1,但由于循環加載過程有大量時間消耗在試樣的彈性變形上,所以整個疲勞破壞全過程的AE定位事件計數率相對較低。從試樣最終破壞形態看,疲勞破壞裂紋在巖石表面分布最

27、多,裂紋貫通性最充分,主裂紋間隙也最大。蔣宇13認為,疲勞荷載作用下的破壞,裂紋的發展更加充分和細碎,表面有大量的平行于加載方向的裂紋產生。這一現象作者已經通過大量實驗證明是正確的,但同時作者認為,造成此現象的主要原因,并不一定是因為單調靜態加載或疲勞荷載作用方式的不同,而主要與加載的控制方式有關,以力控制的勻速加載比相同速率(彈性變形階段換算成相同速率的應變或位移控制方式裂紋的發展更加充分、裂紋間隙更大。(3 探頭數量對AE定位實驗的影響首先,探頭數量直接決定了聲發射事件數量,5個探頭試樣破壞時的AE事件定位結果,在破壞時只觀測到60個AE定位事件,而8個探頭時則能觀測到上千個AE定位事件(

28、表1;其次,探頭數量的多少對AE事件定位的精度也有較大影響,由于巖石試樣在加載過程中存在變形,會改變AE波傳輸和接收路徑,從而引起定位計算的誤差,所以探頭數量并不是越多越好,如何合理地選擇探頭數量和其分布位置是需要進一步研究的問題。(4 巖石種類、構造和均勻程度對AE事件定位的影響從圖2(b中可以看出,重慶細砂巖破壞時的AE 定位事件主要分布在中部,兩端沒有明顯的叢集現象,中部沒有得到AE定位事件的“空白區”。從圖3中可以看出,由于沒有實施端部減摩措施,從加載初期試樣下端部就開始出現叢集,試樣破裂時下端部有AE定位事件的叢集現象,這主要與端部效應有關。從圖4(b,5(b中可以看出,試樣破壞時的

29、AE 定位事件主要分布在中部,端部有少量的AE定位事件,中部沒有得到AE定位事件的“空白區”。綜合以上各實驗結果,重慶細砂巖AE源大多呈散漫分布,試樣中部均沒有得到AE定位事件的“空白區”。由于趙興東等9中的試樣其巖性是花崗巖,物質構成與重慶細砂巖有本質不同,所以得出的AE定位實驗結果有所差異不足為奇。D. Lockner對Westly花崗巖的實驗結果表明, AE源沿未來的主破裂面叢集出現,而在日本地質調查所進行的Inada花崗巖AE源在標本中散漫分布14。劉立強等14對日本Inada細晶花崗巖和法國Mayet粗晶花崗巖的對比實驗同樣證明了這一差異。這些結論說明即使同一種巖石由于巖石晶粒粗細的

30、差異也會造成AE空間分布圖像的不同。重慶細砂巖屬于晶粒較細、結構較均勻的巖石,其AE定位實驗結果表明,對于此類巖石,AE源大多呈散漫分布,微破裂的空間分布對主破裂的空間位置并無明顯的指示意義,只有對具有先存缺陷或構造非均勻的巖石,微破裂的空間分布對主破裂的空間位置才有明顯的指示意義。由于巖石AE實驗中AE頻率較高、波長較短,因而試樣中微裂紋及晶粒大小等對波速有強烈的影響,在加載過程中,試樣內部裂紋數目及其分布等亦會發生明顯變化,這同樣會對波速產生不容忽視的影響,因而可以認為巖石的種類、構造和均勻程度是AE定位實驗的主要影響因素之一。(5 加載歷史對AE事件定位的影響 770 巖石力學與工程學報

31、 2008 年 從圖 6 中可以看出，重慶細砂巖試樣疲勞加載 過程中，AE 事件主要發生在最初和最后幾個循環， 其應力應變曲線的塑性滯回環較大，在巖石的疲 勞破壞進程中，70%的時間都在中間穩定變形階段， 此階段 AE 事件數很少，AE 事件計數率很低，其應 力應變曲線的塑性滯回環較小且塑性滯回環間距 也較小。在循環加、卸載過程中，AE 事件數也有 實質性差異，大多數 AE 事件出現在加載過程中， 而在卸載時 AE 事件相對較少并且不像加載過程那 樣與應力具有系統性的相關。在等幅循環加、卸載 前期，若應力不超過以前加載的最大應力，AE 信 號較少，但在等幅循環加載后期則出現了大量的 AE 信號

32、，圖 7 所示為試樣失穩前一個半循環疲勞荷載 的應力、AE 振鈴計數時間曲線，可以看出，在 下次循環還未達到上次加載的上限應力處，已經有 明顯的 AE 信號，在應力從 45.5 MPa 增加 10%時， AE 振鈴計數增加了 2 170 個，遠遠大于 20 個振鈴 計數，Felicity 效應顯著，而且在卸載過程中也產生 明顯的 AE 信號，這可能與巖石試樣損傷后造成巖 石記憶混亂有關。這些現象充分說明加載歷史對 AE 時間序列和 AE 事件定位均有影響。此外，巖石的 破壞往往受到變形的控制，應力水平的改變僅僅會 影響疲勞的進程而不會影響疲勞的極限，反映了疲 勞破壞極限變形對應力路徑的非依賴性

33、 13 圖7 Fig.7 疲勞荷載的應力、AE 振鈴計數時間曲線 Stress and AE counts number-time curves under fatigue loading (6 加載測試設備的影響 加載測試設備對 AE 實驗結果也會產生影響， 如加載設備的剛度和噪音等，尤其在疲勞實驗時， 試樣處于交變荷載作用下，背景噪音比較大3。 (7 AE 測試儀器性能的影響 AE 定位儀器性能直接影響 AE 定位效果，此 外，儀器軟件采用的定位算法以及為消除環境噪聲 而設定的門檻值也會對 AE 實驗結果產生影響。 D. Lockner 等15 ，16 通過對花崗巖的 AE 實驗研 究認為

34、，實驗所檢測到的 AE 數目不到花崗試樣品 中微裂隙破裂后數目的 1%，暗示 AE 測量并未能完 全表征破壞的全部過程，該工作被認為是美國該研 究領域 19911994 年期間最重要的進展之一17。 事實上，大片空白區的出現反映了目前實驗觀測到 的 AE 事件的缺失，當然在巖石失穩破裂的瞬間， 依當前的 AE 測試儀器和手段，要想觀測到更多的 。因此， 應用 Kaiser 效應計算巖石先存歷史最大應力的方法， 對于在地質歷史中長期承受疲勞荷載的地區是無效 的，比如地震頻發區、火山活動區、其他構造異常 活躍區等。 35 AE 事件計數率/(次·s 1 30 25 20 3 000 15

35、 10 5 0 0 2 000 4 000 6 000 時間/s 8 000 10 000 2 000 1 000 0 AE 事件計數率時間 累積 AE 事件數時間 6 000 5 000 4 000 累積 AE 事件數 AE 事件是難以完成的。 由于 AE 測試儀器的發展，在“死時間”方面 技術的改善，為重新認識各種實驗條件下的 AE 特 征提供了依據。由于 AE 技術對儀器本身的依賴性， 因此對 AE 技術在巖石力學與工程中的應用也是認 識和再認識的過程。 4 討 論 圖6 Fig.6 疲勞荷載的 AE 事件計數率、累積 AE 事件數時間曲線 通過對重慶細砂巖這種均質巖石的 AE 定位實

36、驗及分析可以得出，均質巖石在均勻載荷作用下， 在盡可能降低端部效應情況下，AE 源(微破裂呈散 漫分布于巖石內部，隨著應力增大，中間過程的 AE Curves of AE events rate and AE cumulative events number and time under fatigue loading 第 27 卷 第4期 許 江，等. 單軸壓縮下巖石聲發射定位實驗的影響因素分析 771 孔隙往往被后來的 AE 源充滿。此時，巖石內部微 裂紋相互貫通，并有新的微裂紋產生，在均質巖石 整個破壞過程中，巖石中部沒有出現空白區。對于 非均質巖石，其內部應力分布是非均勻的，應力集 中

37、區域容易發生微破裂，形成 AE 叢集區，在應力 水平較低區域易形成 AE 空白區。 AE 事件三維定位結果直觀反映了試樣裂紋初 始位置、各 AE 源位置、巖石損傷狀況、不同加載 階段裂紋的發展程度，為深入研究裂紋擴展過程及 空間形態奠定了基礎。但是，試樣裂紋擴展方位、 裂紋寬度變化、裂紋演化過程以及裂紋擴展的曲面 形態，還需要結合試樣的真實裂紋狀況，通過深入 分析才能得到。從本次實驗結果看，細砂巖試樣 AE 源的出現順序大量都是隨機的，而相鄰近 AE 源的 出現在時間上不是連續的，無法從直觀上把哪個 AE 源同另外一個 AE 源相連從而確定局部微裂紋擴展 方向，因而還不能真實地通過 AE 定位

38、看到巖石破 裂的發展過程。但 AE 源的出現也是有序的，巖石 裂紋擴展的方向從宏觀上是有其自身規律的，只是 依據 AE 源從直觀上確定裂紋擴展存在一定難度， 從某種意義上講，AE 源是隨機中的有序，是混沌 的，這從另一方面反映了巖石力學的非線性特征。 呈散漫分布于試樣中部，兩端沒有明顯的條帶叢集 現象，中部沒有得到聲發射定位事件的“空白區”。 對于此類巖石，微破裂的空間分布對主破裂的空間 位置并無明顯的指示意義。 (4 重慶細砂巖試樣等幅循環加載后期出現了 明顯的 Felicity 效應，而且在卸載過程中也產生了 明顯的 AE 信號，說明加載歷史對 AE 時間序列及 AE 事件均有影響。巖石疲

39、勞過程中卸載時應力下 降的 AE 信號多少可以判斷巖石所處的疲勞階段， 同時，可以根據疲勞過程中 Felicity 效應顯著程度 了解巖石損傷狀況。 (5 本文對端面減摩措施、加載方式和加載控 制方式、探頭數量、加載歷史等方面的實驗結果及 分析，以及在加載測試設備、AE 測試儀器性能、 巖石構造和均勻程度等方面所提出的觀點，對于大 多數準脆性巖石材料來說具有普適性，對在單軸壓 縮條件下巖石聲發射定位實驗具有很好的參考價值。 AE 定位的影響因素較多，如未充分考慮這些 因素的影響，也許會得出錯誤的結論，本文未對這 些影響因素一一進行實驗分析，建議增加不同條件 實驗以正確認識和分析 AE 定位的影

40、響因素，用于 指導巖石的 AE 定位實驗。 參考文獻(References： 張 明，李仲奎，楊 強，等. 準脆性材料聲發射的損傷模型及 5 結 論 通過以上對巖石聲發射特征的實驗測試和分析 討論，可以得到以下初步結論： (1 端部摩擦對巖石破裂過程中的聲發射特征 影響顯著，采用 11(質量比硬脂酸和凡士林的混 合物作為減摩劑進行 AE 定位實驗，在試樣初始壓 密階段基本沒有 AE 事件，取得了較好效果。 (2 實驗過程中，單調或循環(疲勞等不同加載 方式，以及以力和位移控制等不同加載控制方式直 接影響巖石試樣破壞的進程和程度， 從而影響 AE 定 位事件。從試樣最終破壞的形態看，以力控制方式

41、 比以位移控制方式形成的主裂紋貫通性更好，貫通 性裂紋數目要多于后者，且貫通性裂紋寬度明顯較 大。 而疲勞破壞裂紋在巖石表面分布最多， 裂紋貫通 性最充分，主裂紋間隙也最大。 (3 巖石的種類、構造和均勻程度是 AE 定位實 驗的主要影響因素之一。重慶細砂巖屬于晶粒較細、 結構較均勻巖石，其 AE 定位實驗結果顯示，AE 源 1 統計分析J. 巖石力學與工程學報，2006，25(12：2 4932 501. (ZHANG Ming， Zhongkui， LI YANG Qiang， al. A damage model et and statistical analysis of acoust

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44、of fatigue failureJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2004， 23(11： 772 1 8101 818.(in Chinese 4 巖石力學與工程學報 2008 年 建筑技術開發，2005，32(3：6971.(LIU Jiguo，ZENG Yawu. Research on the end frictional effect of rock specimen and parameter sensitivityJ. Building Technique Development，2005，32(3：6

45、9 71.(in Chinese 11 黃 滾. 巖石斷裂失穩破壞與沖擊地壓的分叉和混沌特征研究 LI C，NORDLUND E. Experimental verification of the Kaiser effect in rocksJ. Rock Mechanics and Rock Engineering，1993，26(4： 333351. 5 李元輝， 袁瑞甫， 趙興東. 巖石受載記憶的聲發射實驗研究J. 遼 寧工程技術大學學報， 2006， 25(4： 518520.(LI Yuanhui， YUAN Ruifu， ZHAO Xingdong. Research on abi

46、lity of memorizing previous load by AE testing in rockJ. Journal of Liaoning Technical University， 2006，25(4：518520.(in Chinese 博士學位論文D. 重慶：重慶大學，2007.(HUANG Gun. Study on chaos and bifurcation characteristics of instability and fracture of rock and rock-burstsPh. D. ThesisD. Chongqing：Chongqing Univ

47、ersity， 2007.(in Chinese 12 LABUZ J F ， BRIDELL J M. Reducing frictional constrain in compression testing through lubricationJ. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts， 1993，30(4：451455. 13 蔣 宇. 周期荷載作用下巖石疲勞破壞及變形發展規律碩士學位 6 張立杰，蔡美峰，來興平，等. 基于 AE 的深部復變環境下急斜

48、 特厚煤層開采動力失穩分析J. 北京科技大學學報， 2007， 29(1： 14.(ZHANG Lijie， CAI Meifeng， LAI Xingping， al. Dynamical et destabilization analysis of steep and heavy thick coal seam in a deep-mine under the complex-variable environment based on AEJ. Journal of University of Science and Technology Beijing，2007， 29(1：14.(in Chinese 論文D. 上海：上海交通大學，2003.(JIANG Yu. Fatigue failure and deformation development law of rock under cyclic loadM. S. ThesisD. Shanghai： Shanghai Jiaotong University， 2003.(in Chinese 14 劉立強，馬勝利，馬 瑾，等. 巖石構造對聲發射統計特征的影 7 姜永東，鮮學福，許 江. 巖石聲發射 Kaiser 效應應用于地應力 測 試 的 研