1、1岩土测量技术试验报告1. 简介近几十年来，科学家对裂隙岩石力学特性进行了大量的试验、理论和数值研究。这些研究已充分表明，岩石内部裂隙的分布(如裂隙长度、裂隙倾角等)对材料强度、变形及破坏特性有着重要的影响。但前述研究多集中采用模型试验或数值试验来进行，较少分析真实裂隙岩石材料的变形特性及裂纹演化和扩展机制。本实验研究单轴荷载下的预制裂隙岩石的破坏特征，通过研究声发射振铃计数、能率、绝对能量等参数的变化规律及动态应变仪监测到的应变数据，探究岩石的损伤破坏演化规律。2. 实验设备YAW-3000 型本试验机主要用于砖、石、水泥、混凝土等材料的抗压强度试验，也用于其他材料的抗压性能试验。整机如图
2、1 所示:图 1 外观示意图（以实物为准）2油箱内的液压油通过电机带动高压泵进入油路，流经单向阀、高压滤油器、压差阀组、伺服阀，进入油缸。计算机发出控制信号到伺服阀，控制伺服阀的开口和方向，从而控制进入油缸的流量，实现等速试验力的控制。系统包括数字伺服阀，高精度传感器，控制器及软件，控制精度高，可靠性好。满足 GB、ISO、ASTM 等标准对水泥、砂浆、混凝土等材料的试验要求。系统具有以下功能： 具有力闭环控制功能； 能实现等载荷速率加载或等应力速率加载（如图 2） ； 采用微机实现电子测量、自动完成试验（如图 3） ； 计算机自动计算结果并打印报告。 试验报告可自行设计导出至 Excel。
3、图 2：主界面3图 3：试验参数调数AE 监测系统采用美国声学物理公司 PAC（Physical acoustic corporation）生产的 PCI-2 型全数字化声发射测试分析系统采集帷幕体的声发射信号，系统采用了 18 位 A/D 转换技术，具有超快处理速度、低噪声、低门槛值和可靠的稳定性等特性，最大限度地降低了采集噪声，是新型的声发射研究工具。其可采集的频率范围为 13MHz。传感器的型号为 R6a 型，谐振频率为 90KHz，工作频率范围为 35100KHz。为保证传感器与试件之间的紧密结合，在探头与试件之间用凡士林耦合，同时为了不影响侧向压力的加载，用软胶带将探头粘合在岩石上（
4、如图 4） 。图 443. 数据结果和分析实验得出的实验过程中负荷-时间-振铃计数、负荷-时间-能量、负荷-时间-绝对能量的变化曲线，如图 5 所示。图 5同过观察上图，可以得出以下结论：(1)在试件加载初期，已经产生不同程度的声发射活动，小事件开始出现，这是由于此过程中试件内部的原生裂隙的闭合以及闭合后部分粗糙面咬合破坏产生的结果。纵向应变变化表现为标准应力一应变曲线，即随着应变不断的增大，应力一应变的斜率不断增大，切线模量增大，试件内部应力不断增大，岩石内部微小裂隙被压密。(2) 弹性阶段：这一阶段声发射现象较为平静，随着轴向载荷的增大，声发射振铃计数开始有所增加，但其能量相对较低。认为此
5、时，由于应力不断增大，超过微小结构面的抗剪强度，结构面被剪断，且部分微小裂隙贯通产生宏观裂纹。5(3) 塑性阶段：随着荷载的增大，岩样内部累积了大量的应变能，在能量释放过程中，声发射振铃计数明显增加，能量逐渐增大，声发射活动进一步增强。此时岩样中出现数量较多、尺度较大的新生裂纹。应力一应变斜率不发生变化，岩石表现出弹性性质。在接近峰值应力时，曲线斜率减小，岩石达到屈服应力。(4) 破裂阶段：该阶段岩样内部除了原有裂纹进一步扩展，而且产生了大量新裂纹，这些裂纹汇合、贯通，导致宏观破裂面形成，裂纹之间相互作用加剧，声发射振铃计数和能量迅速增加。在岩样宏观破坏后不久，声发射振铃计数和能量同时达到最大
6、值。(5)从整个全应力一应变曲线图看出，峰值后大理岩有较长时间的蠕变阶段，脆性较小，体现出较强的塑性。4. 展望与不足现代的很多岩 m 程有很多都处于地下很深的地区，如隧道、地下矿山等，有很多矿山都己开采到地下 1000 米以下了，深部高地应力条件下的岩石岩爆主要是因为在地下开挖过程中，工程的开挖，使围岩应力卸荷而导致洞壁应力的重新分布，突然释放出围岩因高应力受压时而存储的大量弹性变形能，从而产围岩生的剥落、劈裂、爆裂松脱、弹射甚至抛掷的一种动态失稳地质灾害。岩石破坏过程中会伴随声发射信号，用仪器检测及对岩石的声发射信号的数据信号处理及分析，可以判断岩石内部的晶格性态变化，裂纹的发展，并从中反
7、推出岩石的破坏机制。所以声发射检测和分析技术可以被用来研究在外力作用条件下，有岩爆倾向岩石的破坏机理，分析在单轴受压并逐渐破坏过程中有岩爆倾向岩石的声发射活动规律将有助于了解岩石的岩爆倾向性，获得更好的预报方法。声发射技术是研究岩石力学性质的一种声学方法。岩石在荷载作用下发生破坏，主要与裂纹的产生、扩展及断裂过程有关。裂纹形成或扩展时，造成应力松弛，贮存的部分能量以应力波的形式突然释放出来，产生声发射现象。通过对岩石的声发射信号的分析和研究，可推断岩石内部性质变化，反演岩石的破裂机制。因而可以利用声发射技术来研究在外载荷条件下有岩爆倾向岩石的破坏机理，分析探讨有岩爆倾向的岩石在受外荷载过程中的
8、声发射规律有助6于了解岩爆倾向岩石的动态失稳过程和特征。由于时间有限，仅进行过少量的试验，希望以后能有机会继续完善改进工作。本研究的内容有待更进一步地深入研究，以下为本研究有待后续研究的方向。(1)对声发射的其它几个参数进行研究，如频率可以很好的反映出微观结构的破坏形式，找出规律以便更好的从本质上来解释岩石的破坏。(2)研究不同加载条件下，特别是在三轴加载条件下，某一方向的卸载而造成岩石破坏时的岩石的声发射特征的规律。(3)对岩石的声发射信号进行时频分析，找出声发射信号随时间的变化规律，以期解决岩爆临界点问题，使岩爆的预警、预报更加准确。(4)对岩爆机理进行研究，对比已有的岩爆倾向性指标，找出更加精确描述岩爆倾向性的指标。
