声发射（AE）测量法的测量技术介绍

1）测量装置

声发射（AE）法地应力测量装置由三部分组成：

（1）加载系统：为电液伺服系统控制的刚性压力机，是对试件加压和记录的重要设备。

（2）测量系统：为多道声发射仪和接收换能器。当试件发出AE信号时，布置在试件中部的换能器将AE信息转变成电信号，由前置放大器放大后，传递至声发射仪主机内，经系统处理后，以事件数和振铃数输出。

（3）数据记录系统：为双笔X-Y函数记录仪，将测量系统输入的AE事件数和振铃数模拟信号记录下来，再将荷载和声发射（AE）总数绘制成关系曲线。

声发射（AE）法地应力测量装置如图6-3所示。

图6-3　AE法地应力测量装置框图

2）试件的制备

在测点处凿取大岩块（适合勘探平洞取样）或在测点附近选取一定长度岩心（适合钻孔取样），按6个指定方向制备试件，即3个相互垂直的坐标轴方向：轴x、轴y、轴z和3个与轴x、轴y、轴z相互成45°的方向：x45°y、y45°z、z45°x，如图6-4所示。试件尺寸为2.5cm×2.5cm×7.5cm，各方向试件数量不得少于10块。

图6-4　6个指定方向制备岩样示意图

3）试件的安装

由于利用声发射Kaiser效应测量地应力，首先要将岩件在低压状态下的声发射信号接收下来。因为在加载过程中，试件上下端部受载接触面的摩擦和应力集中，会影响岩件自身的声发射信号，应予以消除。为消除试件端部的影响，必须提高试件加工的精度（尤其是试件的两个端面要相互平行，与侧面保持垂直），并且在试件安装时两端部要加优良的衬垫材料。(www.xing528.com)

声发射探头以布置在试件中部为佳，并用橡皮筋捆扎在试件上，探头与试件之间用耦合剂耦合。

4）加载速率的控制

要得到清晰的声发射信号，必须控制加载速率，这在正式试验前必须反复模拟比较，确定最佳的加载速率。

5）岩样Kaiser效应的验证

声发射法测量地应力的理论依据是岩石具有Kaiser效应，因此，在正式试验前应充分了解和观察这一现象。试验时，第一次加载试验为检测声发射特性，利用声发射（AE）寻找试件承受的地应力值附近的AE突发信号及对应的应力值。第二次为重复加载，检验Kaiser效应的可靠性及端部处理效果。图6-5展示了三峡工程8号平洞测点x45°y试件Kaiser效应检测情况［74］，第一次加载寻找地应力量值所对应的声发射信号情况和第二次、第三次重复加载时的声发射信号特性，充分表明了该地区岩石Kaiser效应的存在和试件端部良好的处理效果。

6）试件方向正应力分量的测定

每个试件的试验都可获得声发射信号的表征参数与应力的关系曲线，轴x方向试件记录的声发射总数与应力关系曲线如图6-6所示，从曲线可很容易求得Kaiser效应点（曲线转折点），它所对应的应力量值就是地应力在该方向的正应力分量的量值。

图6-5　三峡工程7号平洞Kaiser效应检测

图6-6　轴x向花岗闪长岩试件记录的声发射总数与应力关系曲线

7）对Kaiser效应“记忆能力”超前或滞后现象的修正

有时Kaiser效应点所对应的应力分量量值，并不等同于岩石先前所承受的最大应力量值，这说明Kaiser效应的“记忆能力”有超前或滞后现象。如何区别二者之间的差异并对Kaiser效应点所对应的应力量值作出相应修正？哈特（Hardy，H.R.）引入了恰当比值的概念。哈特把Kaiser效应点所对应的应力量值与岩石先前承受的最大应力量值的比值称为应力恰当比值FR，当FR＞1，表示岩石记忆滞后；当FR＜1，表示岩石记忆超前。因此在正式试验前的Kaiser效应的验证试验中，必须求得恰当比值FR，以此对Kaiser效应的“记忆能力”超前或滞后现象作适当修正。