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摘要：本文通过对重庆黄泥包滑坡处采集的岩土试样进行单轴压缩和拉伸实验，目的是测试了岩土破坏过程的声发射信号，进而得出了岩土破坏过程声发射的基本特征：在单轴压缩实验中，声发射能量信号随着压力的增加呈现连续增加的趋势，在主破裂时刻有较强声发射能量信号产生；在蠕变实验中，AE在压力上升阶段信号增强，在恒定压力下，AE信号有所减弱，整体趋势较为平缓；在拉伸实验中，岩土的破坏方式呈主震型和群震型；AE信号能够反映岩土受载过程；岩土的抗压强度与声发射能量最大值呈正相关性；加载速率越大，声发射能量最大值也越大。
关键词：岩土破坏过程；声发射；特征
中图分类号：TU4文献标识码： A 文章编号：
1、问题概述
岩石在荷载作用下会产生声、光、电磁和变形等物理效应，声发射现象就是当岩石受力变形时，部分贮藏能量以弹性波(声波)的形式释放出来叫。早在20世纪30年代末期，美国矿务局的奥伯特和杜瓦尔就发现了受压力作用的岩石结构存在声发射简称AE)活动。滑坡是主要地质灾害类型之一，危害和影响程度仅次于地震、火山。滑坡按土性可分为土体滑坡和岩石滑坡。目前，对于滑坡的预测预报包括空间预测与时间预测，两者缺一不可。滑坡的空间预测为时间预报提供对象；滑坡时间预报的选点必须首先以滑坡空间预测成果为依据，从而避免盲目设点造成错漏的弊端。
近年来，声发射技术发展迅速，已成为岩石力学研究中很重要的工具之一。借助AE监测技术，在国内外已成功地预报了几次大岩体失稳事故，在土体滑坡的预测中，也开始尝试应用这一技术。国内学者对岩石声发射现象有了广泛的研究，并扩展到煤岩、混凝土等材料的声发射特征的实验研究。前人研究岩土的声发射特征主要从声发射率方面来探讨，本文通过对较软的泥岩材料进行不同方式的加载实验，从能量角度对AE规律及变化趋势进行分析，为进一步准确预测预报土体滑坡提供基础的理论依据。
2、试样及实验系统
实验所需的岩土试样均在重庆黄泥包滑坡处采集。其位于万州城区枇杷坪滑坡西侧，滑坡体后缘边界为基岩，滑坡区地形北高南低。滑坡体厚度变化大，为2．45～25m，滑坡面为泥岩与砂岩的交界面，泥岩的分布厚度大约4．6～12．4m，砂岩的分布厚度在10m以上。实验所用泥岩试样取自泥岩与砂岩的交界面，以褐黄色、灰褐色、紫红色可塑状粘土为主，具较好粘性10．4～15．8)，呈可塑状，局部呈坚硬状，其间含泥岩角砾。实验过程中，将岩土制成垂50mmx25mm和50mm×50mm×100mm的2种试样。
声发射测试系统是本文的核心实验系统，由加载系统、DISP一24型声电数据采集系统、载荷一位移记录系统组成。声发射传感器用于接收试样破坏产生的声发射信号，其谐振频率分别是50kHz和140kHz。准备实验时，先用酒精将试样的一个侧面擦干净，之后用凡士林将声发射传感器耦合到岩土试样上，并用胶带纸粘紧，保证每次胶带纸使用压力相同，以确保试样破坏过程中产生的弹性波良好传播且被传感器接收。
3試件破坏过程与声发射特征
3．1 脆性岩石破坏过程与声发射特征
该类岩石属于脆性岩石，致密坚硬，节理裂隙不发育．在受压初始阶段，基本上没有声发射信号发生；随着压力增加，逐渐出现一些频度较小的声发射信号，这时声发射的幅度极小，以致于从仪器上难以观察，可以认为没有声发射幅度的出现，该过程属于岩石的弹性阶段，岩石裂隙面之间的摩擦效应不足以产生足够大的声发射的脉冲幅度；压力继续增加，声发射的频度逐渐增加，幅度也开始出现，说明岩石内部裂隙开始逐渐开展并释放能量；接近破坏时，岩石内部大量裂隙迅速扩展，形成宏观破坏，这时声发射的频度和幅度陡然增大，最终导致岩石的脆性崩裂破坏，此时的频度在600次／s，幅度在3．0V左右。
3．2中等脆性岩石破坏过程与声发射特征
以砂岩A07为例，该类岩石的脆性程度和致密程度稍差于花岗岩．其声发射频度出现在压力较低的情况下，但很稀疏，随压力逐渐增加逐渐密集，并从很小开始，近似于阶梯形上升，逐渐增至很大，在强度极限值后仍有大量的声发射信号．幅度脉冲开始没有，接近屈服时才出现，并且幅度值很快增至很大，直到破坏时没有明显幅度值再次突增，在屈服至破坏阶段频度在240次／s，幅度在0．4V左右．频度和幅度值具有阶跃特征．
4分析
(1)岩石本身呈现各向异性，造成了岩石的破坏由点到局部再到区域，再由各区域的扩展及联合作用发展到岩石的宏观破坏．这样声发射的频度和幅度经历由微到小再到大的这样一个总特征。岩石从脆性致密的岩石到塑性增加的岩石再到软岩，其声发射的频度经历着由突发到较为连续再到间断这样一个渐变过程。
（2）从前面各种类型声发射的频度和幅度中可以发现，通常采用声发射频度来进行预报时往往会产生一些误判，而采用声发射的幅度特征来进行预测时效果会更好，如果把两者结合起来综合分析就会更加准确．对于现场观测预报因现场岩体的复杂性，取样后应结合室内结果综合分析．需指出的是，在岩石破坏过程中，单独一次较大幅度的声发射信号，并不意味着岩石的屈服，这可能是岩石内部某点由于颗粒等因素造成的局部破裂所产生的，而对于软泥岩幅度只有较小的几次突发。
（3）岩石破坏一般是以渐进的破裂方式进行的，其表现在：(a)岩石内部的随机裂纹及不均匀性导致了应力集中，从而存在大量不均匀应力区的分区；(b)微裂隙形成并发展，局部区域进入塑性状态，造成声发射频度和幅度的突然增加；(c)应力重新进行分布．以上过程不断循环，声发射信号不断产生，直到岩石破坏，不同岩石，上面过程循环的速度不同，裂纹破裂释放的能量也不等。
(4)在单轴实验过程中，受力初期由于岩土快速压缩变形产生较强的脉冲信号，后期因岩土自身的松散性，AE脉冲信号有所减弱并呈稳态发展趋势；在整个加载过程中，AE能量随压力的增加而增加，在主破裂时刻，有强AE能量信号产生。在蠕变实验过程中，岩土受力过程中产生的AE脉冲信号与能量信号呈现一致性，同时很好地反映了整个加载过程；对于拉伸实验，由于受力面积较小，因而与单轴压缩实验相比，主破裂时刻的AE能量有所减小，但AE能量信号也很好地反映了整个加载过程。因而，AE信号与岩土受载过程有很大的关系。
(5)在单轴压缩实验中，AE能量最大值与岩土的抗压强度有着良好的正相关性，经过拟合，得出了AE能量最大值与岩土抗压强度之间的关系式；加载速率对岩土的AE能量信号有一定的影响，初步分析认为加载速率越大，岩土主破裂时刻产生的AE能量越强。岩土材料破坏产生的AE规律的研究，对于地质滑坡灾害预报有着现实的实际意义，从AE能量角度实现对滑坡灾害的预报是有可能的。
参考文献：
[1]秦四清．岩石断裂过程的声发射试验研究[J]．地质灾害与环境保护，1994，5(3)：48—55.
[2]陶纪南，张克利，郑晋峰．岩石破坏过程声发射特征参数的研究[J]．岩石力学与工程学报，1996，15(增刊)： 452—455.
[3]周小平，张永兴．岩石结构面直剪试验中声发射特性研究[J]．重庆建筑大学学报，2000，22(增刊)：158—162.
关键词：岩土破坏过程；声发射；特征
中图分类号：TU4文献标识码： A 文章编号：
1、问题概述
岩石在荷载作用下会产生声、光、电磁和变形等物理效应，声发射现象就是当岩石受力变形时，部分贮藏能量以弹性波(声波)的形式释放出来叫。早在20世纪30年代末期，美国矿务局的奥伯特和杜瓦尔就发现了受压力作用的岩石结构存在声发射简称AE)活动。滑坡是主要地质灾害类型之一，危害和影响程度仅次于地震、火山。滑坡按土性可分为土体滑坡和岩石滑坡。目前，对于滑坡的预测预报包括空间预测与时间预测，两者缺一不可。滑坡的空间预测为时间预报提供对象；滑坡时间预报的选点必须首先以滑坡空间预测成果为依据，从而避免盲目设点造成错漏的弊端。
近年来，声发射技术发展迅速，已成为岩石力学研究中很重要的工具之一。借助AE监测技术，在国内外已成功地预报了几次大岩体失稳事故，在土体滑坡的预测中，也开始尝试应用这一技术。国内学者对岩石声发射现象有了广泛的研究，并扩展到煤岩、混凝土等材料的声发射特征的实验研究。前人研究岩土的声发射特征主要从声发射率方面来探讨，本文通过对较软的泥岩材料进行不同方式的加载实验，从能量角度对AE规律及变化趋势进行分析，为进一步准确预测预报土体滑坡提供基础的理论依据。
2、试样及实验系统
实验所需的岩土试样均在重庆黄泥包滑坡处采集。其位于万州城区枇杷坪滑坡西侧，滑坡体后缘边界为基岩，滑坡区地形北高南低。滑坡体厚度变化大，为2．45～25m，滑坡面为泥岩与砂岩的交界面，泥岩的分布厚度大约4．6～12．4m，砂岩的分布厚度在10m以上。实验所用泥岩试样取自泥岩与砂岩的交界面，以褐黄色、灰褐色、紫红色可塑状粘土为主，具较好粘性10．4～15．8)，呈可塑状，局部呈坚硬状，其间含泥岩角砾。实验过程中，将岩土制成垂50mmx25mm和50mm×50mm×100mm的2种试样。
声发射测试系统是本文的核心实验系统，由加载系统、DISP一24型声电数据采集系统、载荷一位移记录系统组成。声发射传感器用于接收试样破坏产生的声发射信号，其谐振频率分别是50kHz和140kHz。准备实验时，先用酒精将试样的一个侧面擦干净，之后用凡士林将声发射传感器耦合到岩土试样上，并用胶带纸粘紧，保证每次胶带纸使用压力相同，以确保试样破坏过程中产生的弹性波良好传播且被传感器接收。
3試件破坏过程与声发射特征
3．1 脆性岩石破坏过程与声发射特征
该类岩石属于脆性岩石，致密坚硬，节理裂隙不发育．在受压初始阶段，基本上没有声发射信号发生；随着压力增加，逐渐出现一些频度较小的声发射信号，这时声发射的幅度极小，以致于从仪器上难以观察，可以认为没有声发射幅度的出现，该过程属于岩石的弹性阶段，岩石裂隙面之间的摩擦效应不足以产生足够大的声发射的脉冲幅度；压力继续增加，声发射的频度逐渐增加，幅度也开始出现，说明岩石内部裂隙开始逐渐开展并释放能量；接近破坏时，岩石内部大量裂隙迅速扩展，形成宏观破坏，这时声发射的频度和幅度陡然增大，最终导致岩石的脆性崩裂破坏，此时的频度在600次／s，幅度在3．0V左右。
3．2中等脆性岩石破坏过程与声发射特征
以砂岩A07为例，该类岩石的脆性程度和致密程度稍差于花岗岩．其声发射频度出现在压力较低的情况下，但很稀疏，随压力逐渐增加逐渐密集，并从很小开始，近似于阶梯形上升，逐渐增至很大，在强度极限值后仍有大量的声发射信号．幅度脉冲开始没有，接近屈服时才出现，并且幅度值很快增至很大，直到破坏时没有明显幅度值再次突增，在屈服至破坏阶段频度在240次／s，幅度在0．4V左右．频度和幅度值具有阶跃特征．
4分析
(1)岩石本身呈现各向异性，造成了岩石的破坏由点到局部再到区域，再由各区域的扩展及联合作用发展到岩石的宏观破坏．这样声发射的频度和幅度经历由微到小再到大的这样一个总特征。岩石从脆性致密的岩石到塑性增加的岩石再到软岩，其声发射的频度经历着由突发到较为连续再到间断这样一个渐变过程。
（2）从前面各种类型声发射的频度和幅度中可以发现，通常采用声发射频度来进行预报时往往会产生一些误判，而采用声发射的幅度特征来进行预测时效果会更好，如果把两者结合起来综合分析就会更加准确．对于现场观测预报因现场岩体的复杂性，取样后应结合室内结果综合分析．需指出的是，在岩石破坏过程中，单独一次较大幅度的声发射信号，并不意味着岩石的屈服，这可能是岩石内部某点由于颗粒等因素造成的局部破裂所产生的，而对于软泥岩幅度只有较小的几次突发。
（3）岩石破坏一般是以渐进的破裂方式进行的，其表现在：(a)岩石内部的随机裂纹及不均匀性导致了应力集中，从而存在大量不均匀应力区的分区；(b)微裂隙形成并发展，局部区域进入塑性状态，造成声发射频度和幅度的突然增加；(c)应力重新进行分布．以上过程不断循环，声发射信号不断产生，直到岩石破坏，不同岩石，上面过程循环的速度不同，裂纹破裂释放的能量也不等。
(4)在单轴实验过程中，受力初期由于岩土快速压缩变形产生较强的脉冲信号，后期因岩土自身的松散性，AE脉冲信号有所减弱并呈稳态发展趋势；在整个加载过程中，AE能量随压力的增加而增加，在主破裂时刻，有强AE能量信号产生。在蠕变实验过程中，岩土受力过程中产生的AE脉冲信号与能量信号呈现一致性，同时很好地反映了整个加载过程；对于拉伸实验，由于受力面积较小，因而与单轴压缩实验相比，主破裂时刻的AE能量有所减小，但AE能量信号也很好地反映了整个加载过程。因而，AE信号与岩土受载过程有很大的关系。
(5)在单轴压缩实验中，AE能量最大值与岩土的抗压强度有着良好的正相关性，经过拟合，得出了AE能量最大值与岩土抗压强度之间的关系式；加载速率对岩土的AE能量信号有一定的影响，初步分析认为加载速率越大，岩土主破裂时刻产生的AE能量越强。岩土材料破坏产生的AE规律的研究，对于地质滑坡灾害预报有着现实的实际意义，从AE能量角度实现对滑坡灾害的预报是有可能的。
参考文献：
[1]秦四清．岩石断裂过程的声发射试验研究[J]．地质灾害与环境保护，1994，5(3)：48—55.
[2]陶纪南，张克利，郑晋峰．岩石破坏过程声发射特征参数的研究[J]．岩石力学与工程学报，1996，15(增刊)： 452—455.
[3]周小平，张永兴．岩石结构面直剪试验中声发射特性研究[J]．重庆建筑大学学报，2000，22(增刊)：158—162.