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基于聲發射原理的原巖應基于聲發射原理的原巖應力測量方法和測試裝置

本技術基于聲發射原理進行原巖應力測試的一種方法。聲發射發又稱凱塞效應法，是巖石材料的凱塞效應來測量巖體原巖應力的一種方法。材料在受到外載荷作用時，期內部儲存的應變能快速釋放產生彈性波并發生聲響的現象。1950 年，德國學者凱塞發現，受單向拉伸作用的材料在應力未達到材料的最大先期應力時，不會出現明顯的聲發射現象，但應力達到或者超過歷史上所受的最大值之后，聲發射率明顯增加，這種現象稱為凱塞效應。從很少產生聲發射到大量產生聲發射的轉折點就是凱塞效應點，凱塞效應點的應力即為材料在歷史上受到的最大應力。后來，古德曼在 20 世紀 60 年代初通過實驗驗證了材料具有凱塞效應，從而為應用這一技術測定巖石應力奠定了基礎，根據凱塞效應，如果從原巖中取回定向巖芯制成巖石試件，通過對加工好的取自不同方向的巖石試件進行加載聲發射實驗，并測定凱塞效應點，即可找出每個巖石試件先前受到的最大應力值，進而可以求出取樣點的三維應力狀態。目前進行原巖應力的方法主要有直接測量法和間接測量法兩大類，直接測量方法包括扁千斤頂法、水壓致裂法等，間接測量方法主要有應力解除法等，這些方法中一般需要進行大量的鉆孔、裝配測試傳感器和測定等工程工序，工程量大，如果在地下空間進行原巖應力測試，空間相對狹小，施工不方便，也不易實現大規模、大區域內的原巖應力測量。本技術進行原巖應力測量和現在所有方法相比，地下空間進行測量時，只需在測量地點進行一次水平取芯便能完成現場工作，方法簡單，余下少量的測量和計算工作均在實驗室內完成，加快了原巖應力測量的工序進行，減少了在地下空間的工作時間，大大減少了測量費用，特別適合大面積多點區域內的原理應力測量，而且比較其它原巖應力的測量方法，成功率明顯提高，使得測量工作更易控制和操作，因此本技術是原巖應力測量中一種施工方便、工期縮短、成功率高的原巖應力測量方法。

安徽理工大學 2021-04-13

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