声发射法地应力测量的岩样制备
地应力测试及其在勘探开发中的应用
地应⼒测试及其在勘探开发中的应⽤综述地应⼒测试及其在勘探开发中的应⽤葛洪魁林英松王顺昌(⽯油⼤学⽯油⼯程系,⼭东东营257062)(⽯油物探局)摘要对国内外地应⼒测试与应⽤⼯作现状进⾏了综合分析。
论述了地应⼒的分布规律、地应⼒的矿场和岩⼼测试⽅法、地应⼒的计算及其在油⽓勘探开发中的应⽤等。
分析了⽔⼒压裂法、井壁崩落法、声发射法等地应⼒测试⽅法的原理、应⽤范围及计算⽅法,对⽬前应⽤的测试⽅法中存在的问题进⾏了研究,并指出了进⼀步发展的⽅向及需要解决的主要问题。
结合油⽓勘探开发的需要,对油⽥开展地应⼒研究问题提出了建议。
主题词岩⽯应⼒;测试;⽔⼒压裂;声发射;开发⽅案;裂缝;预测;定向射孔中图法分类号T E21;P554X第⼀作者简介葛洪魁,男,1963年⽣。
副教授,1989年获硕⼠学位,现在攻读博⼠学位。
主要从事岩⽯⼒学、地应⼒等⽅⾯的研究。
引⾔⽯油形成并赋存于地壳岩⽯中。
地应⼒的⼤⼩及其变化是控制油⽓富集区分布、⽔⼒压裂裂缝扩展、储集层裂缝分布、油井套管长期外载以及钻井地层破裂压⼒、坍塌压⼒等项参数的因素之⼀,也是油⽓⽥开发⽅案的制定及油井⼯程设计必不可缺少的基础数据。
认真分析研究国内外地应⼒测试及应⽤的现状,依此确定地应⼒研究⼯作的⽅向和路线,具有重要意义。
1地应⼒测试⽅法研究概况到⽬前为⽌,地应⼒的确定⽅法可以分为四⼤类:⼀是利⽤资料进⾏定性分析,如⽕⼭喷道、断层类型、油井井眼稳定情况、取⼼收获率、区域应⼒场、地形起伏、地质构造、震源机制等;⼆是矿场应⼒测试,如⽔⼒压裂应⼒测试,井壁崩落地应⼒反演;三是岩⼼测试,如差应变分析、波速各向异性测定、滞弹性应变分析、声发射(Kaiser效应)测定等;四是地应⼒计算,如地应⼒场有限元数值模拟、地应⼒测井解释、钻进参数反演等。
地应⼒测量⽅法虽较多,但真正能直接测量出地应⼒的⽅法,严格来讲还没有。
相对⽽⾔,⽔⼒压裂⽅法可给出⽐较可靠的最⼩地应⼒值,在⼀定精度范围内可视为地应⼒的直接测量。
岩石声发射Kaiser效应测试玄武岩地应力应用
３ 主应力的大小 、 向， 个 方 且主应力随深度有增加 的趋势， 以促 进岩石地应力 的研究。 关键词 ： 声发射 ， ｉｒ Ｋａ ｅ 效应 ， ｓ 地应力
中 图分 类 号 ： Ｕ４ ２ Ｔ ５ 文 献 标识 码 ： Ａ
岩石受力破坏的过程实际上是 其 内部微裂纹展开 、 发展和断 计算得各取样点 的主应力大小及方位。 裂破坏 的过程 ， 在这个过程 中， 岩石不断的受到外荷载的作 用 ， 当 １ 试 样 的制备及试 验设 备 外 荷 载 应 力 达 到或 超 过 岩 石 先 前所 受 到 的 最 大 应 力 后 ， 内 部 贮 其
，
，
确保在施 工过程 中钢板 桩 围堰 的稳定 和安全 。４ 钢板桩顶 达到 ［ ］ 郑建岚 现 代 混 凝 土 结 构技 术 ［ ］北 京 ： 民 交 通 出版 社 ， ） ２ Ｍ ． 人 设计标高时的平面位置偏 差不得大 于 ２ ｍ。在插 打过程 中， ０ｃ 应 １９ ９９
．
随时检查其平面位置是 否正确 ， 桩身是 否垂直 ， 发现倾 斜应立 即 ［ ］ 向中富 桥梁施工控制技术［ ． ３ Ｍ］北京： 人民交通 出版社， ０ ． ２ １ ０ 纠正或拔起重插。每次插打完数片后 ， 用短钢筋头将钢板桩点焊 ［ ］ 刘效尧 蔡 键 ， ４ 刘 晖 ． 交通 部 科 技 进 步 “ 达 计 划， 目 ： 通 ， 项
第３ ６年 １月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸ Ｉ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ．６ Ｎｏ ２ １３ ．
Ｊｎ ２ １ ａ． ００
文章 编 号 ：０ ９６２ （０ ０ ０ —ｌ００ １０ —８ ５ ２ １ ）２０ ３ —３
４２ 施工注意事项 ．
１施工过程 中水位的变化对围堰结构受力影响十分巨大 ， ） 因
地应力测定方法
地应力测定方法
嘿，你知道吗，地应力测定方法那可真是太重要啦！就好像我们要了解一个人的性格一样，得有合适的办法。
咱先说说水压致裂法吧。
这就好比给大地来个“温柔的压力测试”。
通过向钻孔内注入高压水，让岩石产生裂缝，从而能得到地应力的信息。
这多神奇呀！是不是有点像医生用特殊的手段来诊断病人的病情呢？
还有应力解除法呢。
这就像是给大地“松松绑”，然后观察它的反应。
把岩石周围的约束去掉一部分，测量它变形的情况，进而推断出地应力。
这可不是一般人能想到的办法呀！
声发射法也很有意思哦。
岩石在受力的时候会发出一些微小的声音，就像人在紧张时可能会不自觉地发出一些小动静一样。
通过监测这些声音，就能了解地应力的情况啦。
那地应力测定到底有啥用呢？这可太关键啦！它能帮助我们在工程建设中做出更合理的设计呀。
要是不了解地应力，就好比闭着眼睛走路，多危险呐！比如建隧道、修大坝，都得根据地应力来好好规划，不然可能会出现各种问题呢。
而且，这对地质研究也是非常重要的。
它能让我们更好地理解地球内部的结构和运动规律，就像给地球做了一次全面的体检一样。
总之，地应力测定方法是我们探索地球的重要工具，我们可不能小瞧它们呀！它们就像一把把钥匙，能打开地球内部奥秘的大门。
我们要不断地研究和发展这些方法，让我们对地球的了解越来越深入，越来越准确！这样我们才能更好地和地球相处，更好地利用地球的资源，同时也更好地保护我们的地球家园呀！。
06地应力测量及计算2
15
6.3 地应力的测量方法
一、现场测量：
对于现场测量方法，从测量方法的原理来看，可以分为截然不同的两
种方法: （这两种方法都是适用于矿山测量）
A B 采用钻孔来接近量测地点, 确定钻孔壁的应变或钻孔其它变形； 在钻孔壁上的特定位置测定环向正应力分量。
4
6.2 地应力的成因及分布特点
地应力的成因 产生地应力的原因是十分复杂的，也是至今尚不十分 清楚的问题。30多年来的实例和理论分析表明，地应力形 成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块 边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋 转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水 压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的 应力场。其中，构造应力场和重力应力场是现今地应力场 的主要组成部分。
方位确定最大水平地应力方向。
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6.3 地应力的测量方法
2、水力压裂井壁受力模型
图6-1 井壁受力的力学模型
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6.3 地应力的测量方法
图6-2 井壁岩石应力状态图
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6.3 地应力的测量方法
现场水力压裂试验法是目前进行深部绝对应力测量的最直接方法， 它是根据试验测得的地层破裂压力，瞬时停泵压力，裂缝重张压力反 算地应力，其基本假设为：
一）地质构造对地应力的影响
二）断层对地应力的影响
断层的形成是地层在地应力作用下发生破裂和滑动的结果，在一定的应 力场作用下，所形成的断层类型是基本固定的。 假定：断层所在地点的主应力方向之一是垂直的；在断层形成之前，岩 石是完整的，产生断层的岩石破裂过程遵循库伦准则，则可以由断层类型推 断三向地应力的相对大小。
声发射测量地应力的原理及方法
声发射测量地应力的原理及方法一、声发射测量地应力的原理。
1.1 基本概念。
地应力呢，就是存在于地壳中的应力。
这就好比是大地内部有一股隐藏的力量，在默默地影响着周围的一切。
声发射呢，简单来说就是材料在受到应力作用时，内部会释放出弹性波的现象。
这就像是材料在压力下发出的“小抱怨”，不过这个“小抱怨”可是能被我们捕捉到的。
1.2 原理阐述。
当岩石等地质材料受到地应力的作用时，内部结构会发生变化，就像你用力挤压一个东西，它里面的结构会变形一样。
这种结构变化会导致声发射现象的产生。
而且呀，地应力越大，声发射的活动往往就越频繁、强度也可能越大。
这就好比人压力越大，可能抱怨得就越厉害。
我们就是通过检测声发射的这些特征，像频率啊、强度之类的，来反推地应力的大小和方向。
这就像是从一个人的抱怨声中判断他到底承受了多大的压力以及压力来自哪个方向。
二、声发射测量地应力的方法。
2.1 传感器布置。
首先得把声发射传感器布置好。
这就像在战场上布置侦察兵一样，要选择合适的位置。
传感器要放在能准确接收到声发射信号的地方。
不能随随便便乱放，要是放得不好，就像侦察兵站错了岗，那可就获取不到准确的情报了。
一般呢，会根据地质结构的特点、测量的目的等来确定传感器的布置方式。
有时候可能是在岩石表面均匀分布，有时候可能要针对某个特定的区域重点布置，这得具体情况具体分析，不能“一刀切”。
2.2 信号采集。
传感器布置好了之后，就要采集声发射信号了。
这个过程得小心翼翼的，就像在收集宝贝一样。
采集到的信号可能会有很多干扰因素，就像在嘈杂的市场里听人说话，得把那些杂音去掉，才能听到真正有用的信息。
这就需要采用一些滤波等技术手段，把那些无关的信号过滤掉，只留下与地应力相关的声发射信号。
2.3 数据分析。
采集到信号之后，就是数据分析了。
这可是个技术活，就像侦探分析线索一样。
要从采集到的声发射信号中分析出频率、强度、波形等特征。
然后根据这些特征，运用相关的理论和经验公式，来计算地应力的大小和方向。
岩石声发射测量地应力信号处理技术研究
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ｐ ｏ ｅ ｓ ｇｏ ｃ ｉ ｈ ｔ ｄ ｎ ｆ ｑ ｅ ｃ ｐ ｃｒ ｍ ｎ ｌ ｓｓｏ ｃ 。 Ｆ ｓａ ｐ ｉｄ ｔ ｅ ｓｇ ａ ｆ ｒ ｃ ｓ ｉ ｆ ｏ ｋ ＡＥ Ｗ ｔ ｔ ｅ ｓ ｙ ｏ ｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ｅ ｔ ｎ ｒ ｈ ｕ ｒ ｕ ａ ａｙ ｉ ｆ ｏ ｋ ＡＥ Ｆ Ｔ ｉ ｐ ｌ ｏｔ ｉ ｌ ｏ ｒ ｅ ｈ ｎ
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利用岩石声发射凯塞效应测定岩体地应力
发射法则定地应力原理
发射法则定地应力原理以上已经简单地介绍了声发射凯塞尔效应法测定地应力的原理。
但实际上取自地下的天然岩心在室内进行重新加载时，其应力——声发射信号曲线上的凯塞尔点有时很难分辨。
通过实验发现，岩石除具有凯塞尔效应外，当对试样进行第二次加载时，在第一次加载试验的凯塞尔点处，仍将有一个孤立而又显著的声发射信号突变，这种现象称为声发射抹录不尽现象。
通常，声发射抹录不尽现象比ABC电子凯塞尔效应更为明显，也更便于分辨。
图2—3所示为大理岩试样的三次加裁曲线(取样深度为700m)。
第一次dn载至11．oMPa，在8．2MP3处岩石的声发射信号明显加大，这即是岩石的声发射凯塞尔效应点，这说明岩石在地下所受的地应力约为8．2MPa。
在第二次加载的声发射一载荷曲线中声发射信号有两个突变点：一“个在7．5MPa载荷处，为抹录不尽点；另一个在115MPa处，为对应于第一次所加最大载荷的凯塞尔点。
在第三次加载曲线中，声发射信号亦有两个突变点：—个在113MPa(第一次所加最大载荷处)为抹录不尽点；另—“个为19．2MPa(第二次所加最大载荷处)为凯塞尔点。
而在第’次加载的凯塞尔点处，声发射抹录不尽现象消失。
一般凯塞尔点载荷要比岩石所受的最大应力略大，而抹录不尽点则略小，两者的误差在7％以内。
上述分析表明，地应力B可IC现货商通过岩心的声发射凯塞尔效应和抹录不尽5现象来测定。
如果在第—“次加载过程中，凯5塞尔点不明显，则可进行第二次加载l来寻找抹录不尽点。
通过对比亡述两次加载的声发射曲线，凯塞尔点能更准确地获得，从而测出岩心取出井底前在地厂所受最大应力即地应力值。
为了测定岩样在地下所受的三个主地应力(一个垂直方向，二个水平方向主地应力)，可通过对岩样在不同方向取心进行试验来得到。
一般要测得三个主地应力，则至少应在四个方向(一个垂直方向，三个各相隔45。
角的水平方向)取出四个小岩心，然后通过声发射法测得该四个岩心在地厂所受的正应力，并将其代人式)即可求得试样在地下所受的三个主应力。
用岩石声发射凯塞效应量测地应力研究
用岩 石 声 发 射 凯 塞效 应 量 测 地 应 力研 究米
尹贤刚 ， 李庶林
（ 长沙矿山研究院安全技术 中心 ， 湖南 长沙 ４０ １） １０ ２ 摘 要： 凯塞效应在 实际工程中的应用越来越受到重视 ， 通过介绍利用岩石声发射技术进
行地应力测试的基本原理和实验方法， 出该方法具有 比一般应 力解除法进行现场地应 指 力量测所特有的经济、 简便、 有效的优点 ， 并且还介绍 了利用该方法对厂坝铅锌矿地 应力 进行测试的 实例 ， 最后指明对凯塞效应有影响的一些因素以及有待进一步研 究的方向。 关键词 ： 岩石声发射 ； 凯塞效应 ； 地应力
维普资讯
尹贤刚 ， ： 用岩石声发 射凯塞效应量测地 应力研 究 等
２９ ７
那些缺点 ， 它简便 、 快速 、 经济 ， 已经越来越多地受到 人 们重 视 ， 逐步 推广 应 用 于工程 实 际之 中 ， 收 到 并 也
２ 实验装 置
声发射试验是 和单轴抗压强度 试验 同步进行
般为应力解除法 ， 其实质就是有意扰动岩石 的应
力状态 ， 然后测量其产生的应变或位移 ， 再测量应变 与应力的关系 ， 而求 出应力的大小 ， 从 如液压盒法 、 扁千斤 顶法 、 钻孔 应 力解 除法 、 压致 裂 法等 。迄今 水 为止 ， 应力解除法测量 的理论计算均有其假设 的前
程度上限制 了现场岩体应力量测工作 的推广使用 ，
特别 是一些 中小 型工 程 困难 就更 多 。尽 管 目前 国内
外普遍采用 ， 但一般情况下 ， 往往不便使用 ， 或者使 用频率不高 ， 推广应用难度还很大。
米 基金项 目： 国家” 十五” 计划攻关专题 （０ １ Ａ ０ Ａ一０ ０ ） ２０Ｂ ６９ ９— ４ 国家科技部社会公益项 目研究专项 （０４ Ｉ３ １７ ２ ０ Ｄ Ｂ Ｊ３ ）
分析声发射技术在岩土工程中的应用
分析声发射技术在岩土工程中的应用【摘要】当前在岩土工程施工中广泛运用各种技术手段，方便施工单位深入了解岩土工程的实际情况，顺利开展岩土功能层施工活动。
在岩土工程中利用声发射技术，有利于保障岩土工程施工质量，良性开展实际工程活动。
本文主要分析了声发射技术在岩土工程中的应用，提出针对性的应用措施，对于实际工作起到参考作用。
关键词：声发射技术；岩土工程；应用措施社会经济不断发展，逐渐提高了检测技术水平，有利于提高结构内部检测的安全性和稳定性。
而声发射技术具有较多的优势，因此在岩土工程中广泛应用，有利于顺利开展工程活动，施工单位需要加强控制前期工程活动，科学的利用声发射技术，及时检测岩土工程不安全因素，及时掌握工程实际情况，切实保障岩土工程施工质量和施工效率。
一、概述声发射技术的原理和特点（一）原理声发射指的是外界作用影响物体之后，迅速释放弹性能量，从而产生瞬态应力波。
材料发生声发射现象之后，声源发射的声发射信号中包含材料内部结构缺陷信息和状态变化信息等。
声发射技术可以利用仪器接收和处理声处理信号，通过分析和研究声发射特征参数，确定结构内部缺陷具体的位置和状态变化程度等【1】。
（二）特点1.利用声发射技术可以检测静态结构，也可以实时检测受力的围岩。
2.针对复杂形态的构件和岩体，也可以利用声发射技术检测任何部位。
3.因为声发射技术主要是应用于固体材料，因此在岩土工程中适合利用声发射技术完成检测工作。
二、岩土工程中声发射技术应用问题在岩土工程中利用声发射技术的过程中涉及到多个工作环节，因为需要加强控制每个工作环节。
声发射技术利用凯赛尔效应，被检测的材料释放瞬态弹性应力波，在这一过程中工程材料属于传播介质，在表面传播信号之后，声发射传感器表面将会产生振动和移位。
传感器可以转变材料机械振动为微弱电信后按，经过放大器放大之后，向计算机终端传递并且进行处理和记录，通过分析判断终端发生信号研究材料声发射机制，了解材料内部微观状态，检测工作不会影响被检测的材料。
应力波作用下岩石声发射实验研究
ｅ ｅｇ ｉ ｓａ ｔｅｅ ｄｏ ｅｌ ｄｎ ｎ ｅ“ｎ ｅｔ ｎｐ ｉ ” ｐ ｅｒ；（ ）ｔｅｅ ｅ ｙｄ ｃｙ ｌ ｌ ａ ｅ ｅｐ ａ ｎｒｙｒ ｅ ｔ ｈ ｎ ｆ ｈ ｏ ｉｇａｄ ｔ ｓ ｔ ａ ｈ ｉｆ ｃ ｏ ｏ ｔ ａｐ ａｓ ２ ｈ ｎｒ ｅａｓｓ ｗ ｙ ｆ ｒｔ ｅｋ ｌ ｉ ｎ ｇ ｏ ｔ ｈ
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摘 要 ：在霍普金森（ Ｈ Ｂ 冲击系统上进行了应力波作用下岩石声发射实验， ＳＰ） 获得了该加载条件下岩石破裂的
声 发 射 规 律 。实 验结 果 表 明 ， 力 波下 ， 发 射 峰值 能量 之 前 所 出现 的 声 发 射 信 号 相 当 匮 乏 ； 且 其 能 量 规 律 呈 现 出 两 种 应 声 而
ａ ｓ ｈ ｔｏ ｔｅ ｓｗａ ｅ ｓｇ ａｓ ｌｏ ｔａ ｆｓｒ ｓ ｖ ｉｎ ｌ．
明显 不 同的 特 征 ：型 ， 发射 峰值 能量 之 后 ， Ｉ 声 能量 迅 速 衰 减 ， 了加 载 的末 期 ， 量 出 现 了 一 定 的 回升 ， 生 了 “ 点 ” Ｉ 到 能 产 拐 ；Ｉ
利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力的方法研究
利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力的方法研究作者：张昕付小敏沈忠黄兴建来源：《中国测试》2017年第10期摘要：利用岩石声发射Kaiser效应在室内测试地应力的原理及测试方法，对岩石块体空间6个方向的试件进行单轴压缩荷载作用下的声发射测试。
通过对试验数据的处理，分析能量-时间曲线以选定多级Kaiser效应特征点，即多级应力分量。
运用弹性力学理论及自编程序，对空间6个方向的多级应力分量进行自由组合计算地应力，结合取样现场的地质环境综合确定地应力的大小及方向。
研究成果对于完善室内测试地应力以及提高确定地应力的准确度有所帮助。
关键词：地应力；Kaiser效应特征点；岩石声发射文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2017）10-0018-06Abstract： In this paper，using the principle and test method of in-situ stress measurementin the laboratory with the Kaiser effect of rock acoustic emission（AE）， AE test of rock specimen in six directions is carried out under uniaxial compression. Based on test data processing，and analyzing the energy-time curve to select the multi-level Kaiser effect feature points，namely multi-level stress components. By using the theory of elastic mechanics and self programming， the in-situ stress is calculated by the free combination of the multi-level stress components in the six directions of the space，and combined with the geological environment of the sampling site to determine the magnitude and direction of in-situ stress. The research results are of great significance to complete in-situ stress measurementin the laboratory and improve the accuracy of the determination of in-situ stress.Keywords： in-situ stess； Kaiser effect feature point； rock acoustic emission0 引言地应力是存在于地层中未受工程扰动的天然应力，它对采矿、水利水电、土木建筑和其他各种地下岩土工程或露天岩石开挖工程具有十分重要的意义。
利用声发射测地应力的试验方法
利用声发射测地应力的试验方法《利用声发射测地应力的试验方法》引言：声发射测地应力是一种非破坏性的试验方法，在工程领域中具有重要的应用价值。
本文将介绍利用声发射测地应力进行试验的方法和步骤，以期为相关研究和应用提供参考。
一、声发射测地应力的概念声发射是指物体的微小应变引起的能量释放，并通过固体、液体或气体介质传播，以声波的形式被接收和记录。
测地应力是指地球中已存在的应力状态。
声发射测地应力试验是通过监测地下岩石或构造体中的应力释放来确定地下地壳的变形和构造应力状态。
二、试验前的准备工作1. 确定试验目的和对象：明确需要测量的地质岩石或构造体，明确试验的目的和要求。
2. 设计检测装置：根据试验目的和技术要求，设计和选购适当的声发射检测设备。
3. 安装检测设备：根据试验需求，将声发射检测设备安装在试验对象上或周围，确保固定牢固。
三、试验操作步骤1. 试验前的环境准备：确保试验区域的环境安全，并清理试验对象表面的杂物。
2. 试验前的基准记录：在试验开始之前，记录试验对象的初始状态，包括尺寸、形状、应力状态等。
3. 确定试验参数：根据试验目的，确定声发射检测设备的灵敏度、采样频率等参数。
4. 开始试验：施加适当的应力或负荷到试验对象，并记录声发射事件的发生和强度。
5. 数据记录与分析：根据声发射事件的发生时间、位置和强度，进行数据的记录和分析，以获得地下地壳的应力状态。
四、试验注意事项1. 安全措施：在试验过程中，应注意安全，避免发生人身伤害或设备损失。
2. 环境控制：试验应在相对稳定、低噪声的环境中进行，以保证数据的准确性和可靠性。
3. 参考标准：根据国内外相关标准和规范，制定试验操作规程和数据处理方法。
结论：利用声发射测地应力的试验方法是一种有效获取地下地壳应力状态的手段。
通过合理的试验设计、操作和数据分析，可以获得地下岩石或构造体的应力释放信息，为地质勘探、工程设计和环境监测等领域提供重要参考。
而在实际应用中，还需要进一步研究和完善该方法，提高试验的准确性和可靠性。
声发射法测地应力的基本原理
声发射法测地应力的基本原理说到声发射法，嘿，这可不是一场音乐会的前奏，而是科学界的一种“耳朵”。
你想象一下，当你在安静的环境中，突然听到墙壁里传来的咔嚓声，那可能就是它在告诉你：嘿，墙壁可能有点儿不稳了哦！这就是声发射法的魅力所在。
声发射法就像是给材料装了个“听诊器”，能实时捕捉到材料内部的小秘密。
当压力增大时，材料内部的微小裂纹就会发出声波，这些声波就像小小的求救信号，传递着材料的“心声”。
你知道吗，声波就像是材料的情感宣泄。
它们并不是什么普通的声音，而是特定频率的波动。
当材料受到压力时，这些波动变得更加明显。
就好比当你心情不好的时候，会选择发泄，而材料在承受压力时，也在发泄它的痛苦。
用声发射法，就可以“听”到这些痛苦的声音，了解材料的状态，真是太酷了！想象一下，科学家们像侦探一样，戴着耳机，专注地捕捉这些声音，简直就像在听一个无声的故事。
这种方法特别灵活，不论是岩土工程、结构安全，还是材料测试，都能派上用场。
比如说，在建设大桥之前，工程师们就可以用声发射法来检查桥梁材料的强度和稳定性，确保在通车时，大家都能平平安安。
这就像给桥梁做了一次全面体检，放心吧，大家都能安全过河。
声发射法的原理可不仅仅是简单的“听”声。
它还涉及到很多物理学的知识。
想想看，声波的传播速度、频率、波长等等，这些都得考虑进去。
材料内部的微裂纹，像隐藏的小精灵，只有通过声发射法，才能把它们一一找出来。
这就像是一场寻找宝藏的冒险，只有细心和耐心，才能找到那些珍贵的“宝贝”。
声发射法也不是没有挑战。
像个调皮的小孩，有时候它发出的信号可能会受到外界噪声的干扰。
这就像在嘈杂的餐厅里，你想和朋友聊天，却听不清对方的声音。
不过，科学家们也不甘示弱，他们研发了各种技术来过滤噪声，确保能听到最清晰的信息。
这就像是在 noisy party 中找到了那个熟悉的旋律，最终心里的一块石头也就落地了。
值得一提的是，声发射法的应用也在不断扩大。
随着科技的发展，大家逐渐意识到，它不仅能在工程领域发挥重要作用，还能在材料科学、地质勘探等方面展现出无限可能。
基于声发射Kaiser效应的地应力测量研究
基于声发射Kaiser效应的地应力测量研究邓涛1,2 李天华2 唐建新3 乔登攀1【摘要】摘要对地应力的准确分析和把握是采矿工程设计合理性的先决条件，因此在巷道设计、采场布置、采矿方法的选用、采场结构参数和开采顺序的确定，围岩支护加固方式的选用以及地压控制措施的制定等方面都需要考虑地应力的影响。
基于岩石的Kaiser效应，介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试原岩应力场的原理及测试技术，通过加工6个特殊方向的岩石试件，进行了声发射试验，得到了各个方向的正应力值，并由此计算出了测点的3个主应力值及方向，其结果对于该矿区的采矿工程布置具有重要的意义。
【期刊名称】现代矿业【年(卷),期】2014(000)012【总页数】4【关键词】关键词地应力 Kaiser效应主应力有限单元法地应力是引起采矿等地下或露天岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力，是确定工程岩体力学属性的重要因素。
国内外经过多年的研究，形成了多种地应力的测量方法，包括水压致裂法、应力解除法、应力恢复法、声发射法等，其中，声发射法是新近发展起来的一种测量地应力的有效方法，与传统的测量方法相比，具有简便经济、便于室内大量测试的优点，为测量地应力提供了一个较好的途径[1-3]。
某新建矿区位于背斜两翼，工程地质条件较为复杂，存在构造应力场，且构造应力已经直接影响了该矿地下工程的稳定性，目前，该矿区地应力场的研究尚无，因此，为了今后地下工程布置的合理性，有必要对该矿区的地应力场进行测量，并总结其规律，为今后的采矿活动提供基础依据。
利用岩石声发射Kaiser效应测定该矿地下岩体的原始应力，通过加工6 个特殊方向的岩石试件，利用岩石具有记忆原先应力水平的特性来进行单轴压缩试验，根据试验结果找出Kaiser效应点，从而推导测点的地应力大小和方向。
1 Kaiser效应1950年，德国人Kaiser发现多晶体的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前加载时的最大应力值时，很少有声发射产生，而当应力再次加载到先前所处的应力水平后，声发射活动便开始大量产生，这一现象叫做凯瑟尔效应[4-5]，从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点称为凯瑟尔点，该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。
岩石声发射Kaiser效应应用于地应力测试的研究
τ xy , τ yz , τ zx ，计算公式如下 σ x = σ Nx , σ y = σ Ny , σ z = σ Nz ⎫
1 1 σ N ± xy 45 = σ x + σ y + τ xy 2 2 1 1 σ N ± yz 45 = σ y + σ z + τ yz 2 2 1 1 σ N ± zx 45 = σ z + σ x + τ zx 2 2 ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎭
第6期
姜永东等：岩石声发射 Kaiser 效应应用于地应力测试的研究
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程序运行按扭和声发射系统的开始实验按扭，两台 计算机就同时采集实验所需要的数据。 图 2，图 3 分别是 Y 方向试件声发射振铃计数 率、轴向力与时间关系图，从图可以看出，加载载 荷很小时产生很少的声发射，当载荷加到 22 s 时， 这时产生了强烈的声发射信号，超过 22 s 后产生了
。 自从 1950 年德国人 Kaiser 发现多晶金
属具有声发射特性后， 人们通过大量岩石试验证明： 得出岩石也具有显著的凯塞尔效应。所谓凯塞尔效 应指材料在重复加载过程中，如果没有超过先前的 最大应力，则很少有声发射产生，只有当加载应力 达到或超过先前所施加的最大应力后，才会产生大 量声发射
[4～8]
3 个主应力的计算公式如下
σ1 = 2 −
（4）
P W 1 cos + J1 3 3 3
（13）
σ2 =2 −
P W + 2π 1 cos + J1 3 3 3 P W + 4π 1 cos + J1 3 3 3
（14）
在受力物体内一点任意方向的微小平面上，一 般都有正应力和剪应力，但不同方向上平面的应力 数值不同。当微单元面转动时，它的法线方向 N 随 之改变，单元面上正应力 σ N 和剪应力 τ N 1 、 τ N 2 的 方向和值也发生变化。 所以存剪应力等于零的平面， 这个平面的法线方向 N 为主方向，其应力 σ N 就为 主应力。而且声发射凯塞尔效应所确定的测点某方 向上的正应力就是地应力椭球面上与微单元面垂直 且方向相同的法向应力 σ N 。 其中
围压条件下岩石kaiser效应测量地应力试验
围压条件下岩石kaiser效应测量地应力试验黄正均;张磊;刘钰;张栋【摘要】Geostress is the origin stress which causes the deformation and damage of rock slope and underground engineering,it can be obtained only by measuring.Based on the kaiser effect,a method that the geostress of rock was measured in lab by employing the acoustic emission test under tri-axial compression was proposed.Meanwhile,the test results were analyzed and calculated by using stress and strain memory methods,and the principal stress and horizontal projection angle of rock were obtained,respectively.The results show that the geostress measurement by the acoustic emission test with the confining pressure is feasible and reliable,and it is simpler,more economic,and more feasible compared with the field measurement method,its results are more accurate compared with the common condition of uniaxial compression.Also,the test results indicate that strain memory analysis is much more reasonable than stress memory analysis.%基于岩石kaiser效应,提出了通过岩石在三轴压缩条件下的声发射试验,对取样点岩石地应力进行室内测量的方法,同时对试验结果采取应力记忆和应变记忆分析法进行分析计算,分别获得岩样的主应力大小和水平投影角.试验结果表明,利用围压条件下的岩石声发射试验进行地应力测量的方法可行,与现场测量方法相比更为经济、简单易行,其结果与通常采用的单轴压缩条件下的结果相比更为精确,并证实了采用应变记忆分析法比应力记忆分析法所得结果更为合理.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】4页(P68-71)【关键词】声发射;三轴压缩;地应力测量;应变记忆;应力记忆【作者】黄正均;张磊;刘钰;张栋【作者单位】北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD3110 引言地应力是决定岩土地下工程中岩体变形、失稳及破坏最基本的条件之一，其对采矿、土木、水利、公路、隧道等岩土工程设计、施工都具有非常重要的意义[1]。
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（ １ ）式中
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这 就 是 说 ， 浇 铸 出 带 端 帽 的大 理 岩 试 样 ， 由 总 端 面的 一边 倒入模 子 （ 模 子 内 已装 有岩 柱） ，同
高度 ８ ０ ａｍ 磨 至 总高 度 ７ ｒ ８ ． ３ ２ ａｍ，每端 磨掉 时敲 击模 子侧 面使气 泡排 出； ３小 时后，可 以 ｒ ０ ． ８ ４ ａｍ， ｒ 即可 使端 帽刚度 与 试样 中岩柱 刚度 一 重 复 上 述 操 作 ， 浇 铸 这 批 试 样 的另 端 端 帽 ．注
ｐ ｒ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｄ ｃ ａ ｐ， ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｄ ｃ ａ ｐ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ － ｎ ｅ ＿ ￣ ｑ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｃ ￣ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｄ ｒ ａ ｗｉ ｎ ｇ ｆ ｔ ｏ ｅ ｈ ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ ｆ ｏ ｅ ｎ ｄ ｃ ａ ｐ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ Ａｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｅ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ，Ｋａ ｉ ｓ ｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ，ｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ
的 计算 给 出．
２ 声 发射法所用岩样 需具 备的条件
Ｉ 采用 最 多的 岩样 尺 寸 为直 径 ２ ５ ｍｍ
、
高
５ ０ － ７ ５ ｍｍ 的岩柱 ． 将钻取 出的小岩芯 按规定 高
度切割两 端，装入卡 具 内在精密 平面 磨床上 将 两 端磨平 ，翻 成满足 下列 要求 的试样用 岩柱 ：
Ｄｉ ｎｇ Ｙｕａ ｎｃ ｈ ｅ ｎ
（ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｃ Ａ ＧＳ Ｂ ｅ ｉ ｉ ｆ ｒ ￣ Ｌ ｍＯ Ｏ Ｓ １ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｒ ｏ ｃ ｋ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｌ ｉ ｎ ｋ ｗｈ ｅ ｎ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｋａ ｉ ｓ ｅ ｒ Ｅ伍ｅ ｃ ｔ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ Ｅｒ ａ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｐｈ ｅ ｎ ｏ ｍｅ ｎ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｅ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ａ －
襄 ｌ 配 方 比较 裹
由表 １可见， 为改进浇铸 效果 排 出气泡 ，
料的 弹性模 量，单位 ＧＰ ａ ； ～ 试 样 中岩柱 的
ห้องสมุดไป่ตู้
减少 配制 过 程 中巨酰 胺 毒素 而 加入 ５ ０ １稀 释 岩石 弹性模 量，单位 ＧＰ ａ ； 一 试样 中岩 柱的 ｍ； Ｓ 一 岩柱 的截面积 ，单位 Ｃ ｍ。 ； 捌 的方法不 可取．因 为 ５ ０ １ 加 入 后材料 的弹性 高度，单 位 ｃ
式 中 Ｒ＝ Ｒ ｏ ＋Ｌ ｏ ｔ 其 中
（ ２ ）
岩石试 样 中岩柱
端 面处端 帽截面 的半径 ，单位 ｃ ｍ； Ｒ ０ 一岩 柱半
４ 端 帽厚 度 的计 算
径 ，单 位 ｃ ｍ； Ｌ ０ 一包 含在 端帽 内的岩 柱高 度，
ｍ ． ０ －图 １ 所示角度 （ ２ ） 的半角． 将（ ２ ） 笔 者 的经 验证 明，要 想使 端帽 的刚度 与岩 单位 ｃ 式 代＾ （ １ ） ， 并整 理可得 ｔ 石试 样 中岩柱 的刚度 一致 ，只要 对不 同弹性 模
．
！
ｌ
Ｉ
．
巨
（ １ ） 岩 柱 两 端 面 不 平 行 度 误 差 小 于
０． Ｏ ｌ Ｏｍ ｍ ；
ｌ ∞ 善
７ ｌ
２ ５ ｒ ａ ｍ
（ ２ ） 岩 柱 两端 面与 轴 的不 垂 直 度 误 差 小
于０ ． １度 ；
（ ３ ） 试 样柱 面应 当是光 滑的，以防表面应
１ 引言
部 和两 端，对 试样 加载时 ，测 得 的声发 射信 号 集 中 出现于端 部而 中部很 少 出现 这是 由于试
利 用岩 石 声发 射 的凯瑟 效应 【 Ｊ和抹 录不 样 直接 由钢压 头加 压时，在试 样 角上 引起 很高 净现象 测 量地应 力时， 岩 石试 样 的加工 精确 的应力 集中，其根源 是 由于弹性 不 同会在岩 石
（ ３ ）
解方 程 （ ３ ） 可 得 工值． 兹举一 例如 下：若 岩石 试样 中岩柱 为北京
房 山大理岩 ，其弹 模 ＝ ７ ９ ＧＰ ａ ， 所 用 端 帽材 料 的弹模 最 ＝５ ． ６ Ｇ Ｐ ａ ， 按 图 １所示 尺 寸， 扁
＝ ：
２ 工
ｌ ＿ ２ ５ ｃ ｍ， Ｌｏ ＝ｌ ２ ５ ｃ ｍ， Ｈ＝７ ． Ｏ ｃ ｍ， ２ ０＝ ２ ５ 。 ， 于
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声发 射 法 地 应 力测 量 的岩 样 制 备
奶 一 ， ａ ７ 冲 目 地 质 科 学 院 丁 地 质 原 力 学 辰 研 究 所 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
１ ９ ９ ６年 １ １月 ４ 日收 到
．
摘 要 利 用岩石声发射 的凯瑟 （ Ｋａ ｉ ｓ ｅ ｒ ） 效应和抹录不净现象测量地 应力时， 岩石试 样的制 备是重要
十国 家 自 然科学 基 金 资 助 项 目
１ ６卷 ６期
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． ０ １ ０ ｍｍ．磨好 后 的试样 ，其 端帽 ｊ ； ； ｛ 材 料如 何配制 ，未见 国内外 文献 详述 ，为此 作 差 也小 于 ０ 面 与试 样中岩 柱端 面间应 具备 的厚度 ，由后面 者 将侧 重讨论 这两 方面 内容．
端帽 端面距 试样 中岩 柱端 面 的高 是。Ｒ＝ ｌ ＿ ２ ５ ＋ｌ ＿ ２ ｓ ｔ ｇ （ １ ２ ． ５ 。 ） ＝１ ． ５ ２ ７ （ ｃ ｍ） ， 将这 度， 也就是端 面 的厚度 ， 单位 Ｇ ｐ ａ ； 一 端帽材 些值代＾方程 （ ３ ） ， 解得端帽厚度 Ｌ ＝ Ｏ ． ４ １ ６ （ ｃ ｍ ） ．
环 节 本文着重讨论了试样需具 备的条件；端 帽材料的配方 端帽厚度计算方｛ 击｝端帽浇铸工艺及脱
模．
关键
词
竖罂： 些
五
， ｐ
Ｔ ｈｅ ｐｒ ｅ ｐａｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ ｒ ｏｃ ｋ ｓ ｐｅ ｃ ｉ ｍｅ ｎｔ ｓ ｉ ｎ ｇｅ ｏｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍ ｅｎ ｔ ｂｙ ｔ ｈｅ Ａ Ｅ ｍｅ ｔ ｈｏｄ
度 一致 ；端 帽材料 应能 与试 样中 的岩柱 牢 固地
为 ，环 氧 树 脂： 巨酰胺 ：普 通 水泥 ・ １ ： ０ ． １ ３ ： ２
．
１ ３
（ ３ ） 为解决 气泡 问题 加入 ５ ０ １ 稀释 剂，其
量为 ２ ０ ％ 环 氧树 脂 的 重量， 并改变 巨酰胺 含
胶 结．为 了达到 上述 三条 要求， 拟定 了以下 三 量百 分 比， 以观 察加 入稀释 刺 的效果． 将上 述配 方制成 的液态 材料灌 ＾图 ２ 所 示 种 实验方 案， 以寻求 端帽材 料 的最佳配 方．
模 量 大为 降低 ．根 据上 述 比较 结果，选用 高标 式 中端 帽 的端 面面 积 Ａ（ Ｌ ）可表达 为 （ ４ ２ ５ ＃） 水泥 ，翟方 为环 氧树脂 ：巨胃 ｝ 胺 ：水 泥 Ａ （ Ｌ ） ＝（ Ｒ＋Ｌ ｔ ｇ ０ ） ＝ １ ： Ｏ ． ５ ： ２ ， 则弹性模量又有所提高 （ 达５ ． ６ Ｇ Ｐ ａ ） ， 并且气 泡量 相对较 少．若 需进 一步 提高其 弹性 模 量，可选用 更高标 号水 泥，如 ５ ２ ５ ＃或 ７ ２ ５ ＃．
ｓ ｔ ｔ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｔｈｉ ｓ ｐａ ｐｅ ｒ ｅ ｍ ｐｈ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｄ ｉ ｓ ｃ ｓｓ ｕ ｅｓ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｑ ｕｉ ｒ ｅ ｄ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ ａ Ｉ １ ｓ ｐｅ ｃｉ ｍｅ ｎ．ｔ ｈ ｅ
（ １ ） 环 氧 树 脂 ： 巨 酰 胺 ：普 通 水 泥 模 具 ，经冷 却固化 后制 成全部 是上 述配方 的试 ＝ １ ： ０ ． ５ ： Ｉ ． ５ ， 选用 不 同牌 号 的水 泥 （ ４ ２ ５ ＃ ， ２ ２ ５ ＃ ） 样 ， 内部并 无岩 柱．将 各试样 分别放 置一 个月 以上 进行 测试 ，结果如 表 １所示． 以 比较不 同水 泥牌号 的影 响． （ ２ ） 提 高水泥 含量，使 三种成 分 的重量 比
力集中 ，表 面光 洁度不低 于 ５级 （ ３ ． ２ ． ｕ ｎ） ｒ ； （ ４ ） 岩 柱 整个 高 度 上 的直 径 差 不 得超 过
０． ２ ｍｍ ．
圈 １ 浇铸 了端 帽的岩 石试样
浇铸端 帽用 的模 具如 图 ２所示． 图 ２中 ａ
为 消除端部 应 力集中 ，试样 两端 浇铸上 由 为模 具组装 图．分 为两半 时，即打 开模具 时， 水泥和 环氧树 脂混 合材料 制成 的端帽 ．浇铸 端 其 中一半 如 图 ２中 的 ｂ所 示．制 成带端 帽 的岩 帽后 的试样如 图 ｌ数所示 ．而 后，端 帽 的两 端 石试 样之 后，在 空气湿 度不 大 的气 候条 件下 放 还需用 平面磨 床加 工，保 证两端 面不 平行度 误 置 五天左 右，即可用 于实 验．
度 必须 予以 保证，否则很 难达 到应有 的测 量效 试 样和钢 压头 的接 触面产 生剪应 力＋以及两 个 ３ Ｊ ｌ 克服 试样端 果 ．特别 是利用 一个 声发射 探 头作单 通道测 量 接 触面处截 面积 突 然变化 所致 ＿
一 种是 采用 定区测 时， 试样不 加端帽 ， 就很 难辨别 凯瑟效 应 点 （ 相 部 噪声干 扰有 两种 手段， 试 ＿ ４ ． ，另一种 是 试样 加端 帽 （ 单 探 头测 试必 须 应 于出现 凯瑟 效应 的外加压 应力） ， 因为探头 在 ． 即使是 定区测 试，采用加 端帽 的 接 收试 样 中部 声发射信 号 时，也 同时接 收 了试 具各 的条件） 样 端部 在加载 过程 中产生 的摩擦 噪声 ． 文献 ＿ １ ］ 试 样将 会获得 更加 可靠 的测试 效果．加 了端 帽 报道 了这样 的实验现 象：如 果岩 石试 样 不加端 的试样 ．其端部 的应 力集 中变得 可以忽 略 然 帽 ，将 三个 声发射 探 头分别置 于岩 石试 样的 中 而 端帽 以何尺 寸加于 不 同岩石 的试样上 ，端 帽