D01:10.13374.isml00103x.2009.0L.0I7 第31卷第1期 北京科技大学学报 Vol.31 No.I 2009年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2009 基于声发射的岩石疲劳损伤演化 许江李树春唐晓军陶云奇 ·杨红伟 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教有部重点实验室，重庆400044 摘要通过砂岩试件疲劳破坏的声发射实验，分析了砂岩疲劳破坏过程的声发射特性，研究了岩石的疲劳损伤演化规律 按岩石整个疲劳过程的声发射特征及损伤演化规律，并参考岩石不可逆变形发展的三阶段规律可以将其分为四个阶段.岩石 疲劳损伤破坏具有突发性，在岩石失稳阶段损伤加速演化.如果以声发射监测和预测岩石疲劳破坏，在损伤量Q4左右即进 入失稳阶段，在损伤量0.3左右即进入失效阶段. 关键词岩石；疲劳：损伤：声发射 分类号TU458.3 Rock fatigue damage evolution based on acoustic emission XU Jiang,LI Shu-chun,TANG Xiao-jun.TAO Y un-qi,Y ANG Hong-wei Key Laboratory of the Ministry of Education of China for Expbitation of Southw estern Resources Envimonmental Disaster Control Engineering. Chongqing University.Chongqing 400044.China ABSTRACT A coustic emission(AE)characteristics of a sandstone sample in fatigue failure process were analyzed by AE testing and its fatigue damage evolution rule was studied.Based on the AE characteristics and the damage evolution rule.in consideration of the threestage rule of irreversible deformation development of rock.the w hole fatigue process can be divided into four stages.Fatigue damage failure of rock has the burst characteristic,and the damage accelerates to evolve in the failure stage.Experiment results show that,if rock's fatigue failure is monitored and forecasted by A E.it enters into the failure stage w hen the damage amount is about 0.4 and into the disabled stage when the damage amount is about 0 3,repecively KEY WORDS rock;fatigue damage;acoustic emission 在交通、建筑、采矿和水利等工程领域经常遇 了混凝土高周疲劳损伤模型，但其损伤变量表达式 到周期载荷作用及疲劳问题，岩石在循环荷载作用 有必要商榷. 下的强度和变形规律与静态荷载作用下有显著不 在岩石疲劳研究方面，葛修润习提出在循环荷 同：强度方面表现出劣化性：变形方面则表现为记忆 载的作用下岩石不可逆变形发展的三阶段规律并 性、滞后性).周期载荷作用下岩石与混凝土的疲 提出以变形作为基准来度量岩体的强度和破坏：席 劳损伤特性与工程的长期稳定性密切相关，因此有 道瑛等（研究分析了岩石的模量随循环数增加而 必要对岩石和混凝土的疲劳损伤特性进行深入研 下降，衰减随循环数的增加而增大，损伤随循环数 究.目前对混凝土的疲劳损伤研究较为深入·例 的增加而增大直至破坏的变化规律. 如：Cornelissen?系统地进行了混凝土圆柱体试件 声发射(acoustic emission,AE)又叫人工地震 在等幅和变幅情况下的拉伸和拉压疲劳实验，在混 作为无损探伤的重要手段，利用声发射技术研究材 凝士疲劳实验方面具有代表性：A-Gadh等习对高 料的损伤破坏特性已经引起广泛重视.利用微观力 强混凝土单调和疲劳损伤进行了探讨并建立了高强 学等建立各种理论模型来探求声发射机制以及如何 混凝土单调和疲劳加载的损伤模型：潘华等9建立 量化声发射特征一直受到研究者的关注7.例如： 收稿日期：2007-12-09 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Na.50574108):教育部博士点基金资助项目(No.20060611006):国家自然科学基金重点资助项目 (Na.50534080 作者简介：许江(1960一），男，教授，博士生导师，E-maik jiangxu@cgu.ed血.m基于声发射的岩石疲劳损伤演化 许 江 李树春 唐晓军 陶云奇 杨红伟 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室, 重庆 400044 摘 要 通过砂岩试件疲劳破坏的声发射实验, 分析了砂岩疲劳破坏过程的声发射特性, 研究了岩石的疲劳损伤演化规律. 按岩石整个疲劳过程的声发射特征及损伤演化规律, 并参考岩石不可逆变形发展的三阶段规律可以将其分为四个阶段.岩石 疲劳损伤破坏具有突发性, 在岩石失稳阶段损伤加速演化.如果以声发射监测和预测岩石疲劳破坏, 在损伤量 0.4 左右即进 入失稳阶段, 在损伤量 0.3 左右即进入失效阶段. 关键词 岩石;疲劳;损伤;声发射 分类号 TU 458 +.3 Rock fatigue damage evolution based on acoustic emission XU Jiang, LI Shu-chun, TANG X iao-jun, TAO Y un-qi , Y ANG Hong-wei Key Laboratory of the Ministry of Education of China f or Exploit ation of Southw est ern Resources & Environment al Disaster Control Engineering, Chongqing University, C hongqing 400044, China ABSTRACT Acoustic emission ( AE) characteristics o f a sandstone sample in fatigue failure process were analyzed by AE testing and its fatigue damage evolutio n rule was studied.Based on the AE characteristics and the damage evolution rule, in consideration of the three-stag e rule of irreversible deformation development of rock, the w hole fatig ue process can be divided into four stages.Fatigue damage failure of rock has the burst characteristic, and the damage accelerates to ev olve in the failure stage.Experiment results show that, if rock' s fatig ue failure is mo nitored and forecasted by AE, it entersinto the failure stage w hen the damage amount is about 0.4 and into the disabled stage when the damage amount is about 0.3, respectiv ely . KEY WORDS rock ;fatigue;damage;acoustic emission 收稿日期:2007-12-09 基金项目:国家自然科学基金资助项目( No.50574108) ;教育部博士点基金资助项目( No .20060611006) ;国家自然科学基金重点资助项目 ( No .50534080) 作者简介:许 江( 1960—) , 男, 教授, 博士生导师, E-mail:jiangxu@cqu.edu.cn 在交通、建筑、采矿和水利等工程领域, 经常遇 到周期载荷作用及疲劳问题, 岩石在循环荷载作用 下的强度和变形规律与静态荷载作用下有显著不 同:强度方面表现出劣化性;变形方面则表现为记忆 性、滞后性[ 1] .周期载荷作用下岩石与混凝土的疲 劳损伤特性与工程的长期稳定性密切相关, 因此有 必要对岩石和混凝土的疲劳损伤特性进行深入研 究.目前对混凝土的疲劳损伤研究较为深入 .例 如:Cornelissen [ 2] 系统地进行了混凝土圆柱体试件 在等幅和变幅情况下的拉伸和拉压疲劳实验, 在混 凝土疲劳实验方面具有代表性;Al-Gadh 等 [ 3] 对高 强混凝土单调和疲劳损伤进行了探讨并建立了高强 混凝土单调和疲劳加载的损伤模型 ;潘华等[ 4] 建立 了混凝土高周疲劳损伤模型, 但其损伤变量表达式 有必要商榷 . 在岩石疲劳研究方面, 葛修润[ 5] 提出在循环荷 载的作用下岩石不可逆变形发展的三阶段规律, 并 提出以变形作为基准来度量岩体的强度和破坏;席 道瑛等[ 6] 研究分析了岩石的模量随循环数增加而 下降, 衰减随循环数的增加而增大, 损伤随循环数 的增加而增大直至破坏的变化规律. 声发射( acoustic emission, AE) 又叫人工地震, 作为无损探伤的重要手段, 利用声发射技术研究材 料的损伤破坏特性已经引起广泛重视.利用微观力 学等建立各种理论模型来探求声发射机制以及如何 量化声发射特征一直受到研究者的关注[ 7] .例如: 第 31 卷 第 1 期 2009 年 1 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.1 Jan.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.01.017