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