阅读理解-秦四清 《岩石声发射技术概论》

秦四清 《岩石声发射技术概论》

大部分材料都是非均质的和有缺陷的，在外应力作用下 ，内部强度较低的微元体在局部应力集中到某一程度时发生破坏（产生塑性变形），使局部应力松弛，产生应力降，造成局部区域快速卸载，因而产生声发射。材料产生声发射的必要条件是：（1）局部塑性变形或断裂产生应力降；（2）快速卸载，如果卸载的时间较长，释放的能量减小，就可能使灵敏度较低的检测仪器检测不到声发射信号。此外，仪器能否接受到信号还与材料的性质有关，如果材料的衰减系数很大，也有可能接受不到信号。P8 一个瞬变信号的能量定义为201()E V t dt R

∞=⎰，式中R 是电压测量电路的输入阻抗，()V t 为与时间有关的电压。据此，将声发射信号的幅度平方，然后进行包络检波，求出检波后的包络线所围的面积，作为信号所包含的能量的量度。P13

塑性变形及微裂纹成核产生的声发射：

在应力作用下，位错源的作用使一个晶粒内的屈服强度降低了，由此释放的能量是 22

3()2i q E d E σσ-=

微裂纹成核时释放的能量为：

15222[()]th q i Gb E k d d σσ=+，式中12[]2(1)

th b k E σγ=+ 在微裂纹成核时释放的能量比塑性变形时大，且此时起作用的位错源也最多，那么有可能在微裂纹成核时，即在屈服应力处，声发射率出现峰值。（对真三轴也成立）P23 脆性岩石中晶粒断裂产生的声发射释放的能量：

232q E d E σ=，式中E 为弹性模量。若把阀值应力视为晶粒开始断裂所对应的应力，则初始声发射（应力为0σ）释放的能量为：2

302q E d E σ= P25

声发射不仅取决于材料所处的应力状态，而且取决于材料的力学性质，即强度特性。声发射总数与加载速率无关，声发射率与加载速率有关。P26

低脆性岩石裂纹尖端塑性变形过程产生的声发射释放的能量：

23

442232212364(1)(3)

m s q I I A m B E K A K m m σπ-==+-，3A 为常数。2A 为与材料性质有关的常数，2m 为硬化指数的倒数。P30

脆性岩石中裂纹扩展产生的声发射释放的能量：

试验数据表明，晶粒断裂对声发射的贡献很小，声发射主要来自于原有裂纹的增量。对于脆性岩石，声发射主要与裂纹扩展有关。

当裂纹扩展a ∆时，释放的应变能：'2

q I E AK a =∆ P34

由于声发射率与应力强度因子及裂纹长度增量有较弱的对数依赖关系，一旦充分超过声发射的应力强度因子阀值，则声发射率主要与裂纹扩展速率有关。

Mirable曾计算出裂纹尖端塑性变形过程释放的能量约为10-11—10-7J之间，裂纹扩展释放的能量约在10-6—10-1J之间。考虑到低脆性岩石裂纹尖端的塑性变形小，释放的能量也较小，故在裂纹扩展期间释放的能量将远大于其塑性变形时释放的能量，因而塑性变形过程产生的声发射可以忽略。P35

用一般刚性压机加载时，过峰值强度后，应变速率开始增长。在发生应力降的瞬间，应变速率达到某一极大值，此时声发射率曲线亦出现一个峰值。可以预料：压机刚度越大，声发射率第一峰值与第二峰值之间的“平静时期”越长，第二峰值的幅度越低。若用理想刚性压机加载，则第二峰值不会出现。P40

连续型声发射对应变速率很敏感，具有应变速率效应。声发射与岩石的应变速率有明显的关系。当应变增加时，声发射出现；当应变减小时声发射极少，甚至没有。特别当应力接近岩石破裂强度时，这种触发作用变得越明显。

应变控制和应力控制试验声发射特性不同。应力控制试验中，在试样接近破裂时，应变速率实际上是逐渐增大的，故声发射率会急剧升高。因此，声发射试验，最好应采用应变控制方式加载。P45

岩石的不均匀性对声发射也有影响。（1）非常均匀的岩样中，破坏前声发射极少；（2）不均匀岩样中，破裂前有一些声发射；（3）在非常不均匀的样品中，加力后不断出现声发射，其强度和频度不断增加直到破坏。P47

考虑到岩石是一种不均匀及各向异性的材料，再加之加工应力及加载初期裂纹闭合的影响，一般不应选取初始声发射点作为凯塞尔效应特征点。笔者的做法是：根据声发射能量—时间曲线的急增开始点和能率—时间曲线斜率由缓变陡的转折点总和确定凯塞尔效应特征点。P112