岩石声发射的Kaiser效应及其应用

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1、岩石声发射的 Kaiser 效应及其应用摘要：岩石声发射技术在岩土工程应用中具有重要意义。借助于岩石声发射技术，可以 再时间、空间和强度上分析岩石破裂过程中的力学行为与岩石内部结构变化之间的关系，揭 露岩石破坏过程中的基本规律；可以了解岩石内部介质缺陷的状态；还可以推断认识缺陷形 成的历史和发展的趋势。在岩石的声发射中，kaiser效应是岩石材料的一种“记忆”现象, 对于研究岩石的声发射机理以及在岩土工程中的应用有着重要地位。本文介绍了岩石声发射 技术以及岩石声发射的kaiser效应，从其在岩土工程实际中的应用说明了其重要意义。关键词：声发射；弹性波；kaiser效应；应用；大地应力Rock

2、acoustic emission Kaiser effect and its applicationChen zhouAbstract: Rock acoustic emission technique in geotechnical engineering application has important significance. With the help of rock acoustic emission technology, can be time, space and intensity analysis in the process of rock fracture mec

3、hanics and rock internal relationship between structural changes, exposing the rock failure process of basic law; can understand the rock medium defect state; can also be inferred knowledge defect formation in the history and development trends. In the rock acoustic emission of rock material, the Ka

4、iser effect is a phenomenon of memory , for the study of rock acoustic emission mechanism and application in geotechnical engineering is very important. This paper introduces the rock acoustic emission technology and Kaiser effect of acoustic emission in the rock and soil engineering, from the actua

5、l application shows its significance.Key words：Acoustic emission; elastic wave; Kaiser effect; application; ground stress.1 岩石声发射基础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，而应力集中区的高能状态是不稳定 的，必将向稳定的低能状态过度，在这一过 程中，应变能将以弹性波的形式释放，即声 发射现象【1】。声发射有时也称应力波发射(Stress wave emission)，在地质上有时称为 微震( Microseismic)。当

6、岩石在载荷的作用下产生微破裂时， 一部分应变能将以弹性波的形式释放出来， 即岩石的声发射(Acoustic Emission,简称 AE)。几乎所有岩石的声发射信号强度都很 弱，需要借助灵敏的电子仪器才能探测到。 利用精密仪器对岩石的声发射信号进行观 测和分析就是岩石的声发射技术。借助于岩 石的声发射技术，岩石破裂过程中内部结构 的变化就可以通过声发射的检测来反映【2】。 岩石声发射技术成本低且数据采集丰富，在 地应力测量、岩爆岩体的稳定性检测、地震 预测预报等方面有广泛饮用【3】。2 岩石声发射的 Kaiser 效应岩石的应力应变不是一一对应的，它 与岩石以往的受力和变形过程有关，即地质 材

7、料对它过去的受力和变形历史保持着“记 忆”。岩石的变形和破裂几乎同时发生，因 此由微破裂产生的声发射直接受其变形历 史的影响。材料科学中称这一现象为“kaiser 效应”，即岩石后期所受载荷在没有到达其曾经经历过的最大载荷之前，几乎不产生声 发射,而一旦超过最大载荷水平，声发射便再 度出现。kaiser 效应可以从岩石微观损伤的发展 角度来理解。当载荷加在已承受过一定应力 作用的岩石上时，由于部分微元已经损伤破 裂，并且这种破裂是不可逆的，因此在这个 载荷水平内微破裂不会再发生，也就没有声 发射，只有后期施加的载荷超过历史载荷水图1 kaiser效应的试验曲线（Q为声发射累积数）3 岩石声发射

8、的 kaiser 效应点理想状态下，岩石受到的应力不超过历 史载荷水平水平时，声发射现象不会发生。 事实上，由于历史载荷的作用，岩石内部出 现微裂隙。在后期外加载荷作用下，微裂隙 将会出现摩擦移动，即便载荷不超过历史载 荷水平，也会有微弱的声发射。当后期外加 载荷超过历史载荷水平时，声发射次数出现 剧烈增加【5】。其中，声发射次数剧烈增加的 点可认为是岩石声发射的kaiser效应点因此，一般可以通过做声发射积累数与 时间或外部载荷（应力）的关系曲线，根据 曲线的变化趋势求出曲线的斜率突变点，以 突变点对应的应力作为kaiser效应点。值得注意的是，单轴循环压缩条件下的 岩石kaiser点记忆的

9、应力不一定是最近历史 上所受到的最大应力，而与加载间的时间间4 kaiser 效应在岩土工程中的应用4.1 测定地应力自 1950 年德国学者 kaiser 发现 kaise 效 应以来，许多学者对声发射现象进行了研究 【7】。1963年，Goodman证实了岩石材料的 kaiser效应。70年代末以来，中、日、美学 者对基于岩石声发射的kaiser效应测定地应 力进行了广泛研究。实践中，通常利用岩石 声发射的 kaiser 效应，采取地下一定深度的 岩石，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。4.2 岩体局部冒落的预测预报岩体在变形或破坏阶段都

10、要产生声发射， 且不同阶段声发射活动的程度不同【8】。根据 声发射活动趋势，通过对岩体声发射活动过 程的监测分析，评价岩体的稳定性,预报岩体 的冒落。4.3 地下水流的声发射声发射信号随流水速度、方向的改变而 变化，同种岩土介质中，同一方向的水流速 度越大，声发射信号越强【9】。利用这一原理 可以检测大坝等建筑物的泄漏。5 结论岩石声发射的kaiser效应的发现为解决 岩石力学和工程中诸如评估地应力、岩体稳 定性、损伤状态的历史问题带来了新方法。 这种方法简单、可操作性强、经济，在岩石 力学及工程领域中有广阔的应用前景。参考文献【1】彭新明，孙友宏，李安宁岩石声发射技术的应用现状【J】.世界地

11、质，2000, 19 （ 3 ）： 303-306 【2】唐春安，王述红，傅宇方岩体破裂过程数值试验【M】.科学出版社，2002： 33.【3】李燕岩石力学中的岩石稳定性与声发射技术【J】.价值工程，2011 （7）.4】孙吉主，周健，唐春安影响岩石声发射的几个因素【J】.地壳形变与地震，1997, 12(2)5】 笪盍，沈万军，康德安脆性岩石 kaiser 效应及其应用【J】.有色矿冶，1995 (3)： 1-4 6】 阎南，余贤斌，张志雄，李林锋岩石 kaiser效应若干问题探讨【J】.陕西煤炭，2008, ( 1 )： 61-63 【7】勝山邦久声发射(AE)技术的应用【M】.冯夏庭.北京：冶金工业出版社， 19968】唐绍辉 中国有色金属学报【 J】 1997,7(3)： 22-259】张艳霞，何晖 岩石声发射的 kaiser 效应研究进展【 J】 地下空间与工程学报， 2007 3(6)： 1089-1093