Vol.29 Suppl 2 宋波等：金属矿山岩体声发射时间序列特征的试验和模拟研究 81。 G 12 计数率的数值表现较高.这是因为试样岩体中包含 较多的裂隙和缺陷，在初始受力阶段便开始了裂纹 8 挤压和闭合，产生较大的声发射信号.这种信号与 鉴 4 岩石破坏时的声发射振铃计数率数值相接近，所以 2 需要进一步分析参数进行辨别. 06 12 200400600800100012001400 时间s 10 8 6 图6声发射能量计数率随时间的变化 坏后粘滑信号振荡阶段.其中，信号产生和发展两 0 200 400 6008001000 个阶段在某些包含裂纹岩石试样的压缩试验中没有 时间s 明显区分，但总体破坏前兆阶段较易辨认，为破坏发 生的预测提供方便. 图8含裂隙试样破坏过程声发射振铃计数率 2裂隙对岩体声发射信号的影响 从图9可以看出，平均能量在试件破裂过程中 的变化是波动的，具有跳跃性.分布范围分为三个 当岩石试样中含有较明显裂隙时，会对岩石的 区段：单次振铃平均能量(102m)为0.2~0.3区 强度造成巨大影响，当试件受压时裂缝首先破裂并 段：03~05区段；平均能量超过0.8区段.其中， 发展，导致岩石强度远远低于实际强度值.在矿山 前两个能量区段的振铃在试件受载破坏的全过程都 采掘面的工业矿体中，有很多岩体由于其本身的地 有分布，而超过08区段的则只有两处. 质构成和爆破冲击波的作用会产生很多裂隙，影响 1.4 了整体岩体的强度，并对监测过程中信号的产生和 1.2 1.0 判别造成了麻烦.为了确保准确预报，必须分析含 0.8 0.6 裂隙岩体破坏过程中声发射信号的特点，提高信号 鉴别能力. 从含裂隙岩石试样的应力一应变关系图（见图 00 400 600 8001000 对间s 7)中可以看出，当含裂隙岩石试样受压强度达到密 实岩石试样的一半时，岩石便发生破裂. 图9含裂隙试样声发射单次振铃平均能量 40 结合含裂隙岩石试样在受压时的破坏过程，认 eW/ 为岩石试样振铃平均能量(102mJ)首先达到0.8 20 区段以上时刻为岩石沿主要裂纹破坏时的平均能 10 量，说明在该阶段释放的主要是平均振幅较大的应 0.05 0.10 0.15 0.20 力波.随后在屈服到完全破坏阶段，平均能量都较 应变/10-2 主要破裂阶段的小，说明在该阶段是小裂隙的开展 和裂隙间摩擦过程，释放的主要是平均振幅较小的 图7含裂隙试样应力应变关系 应力波 以同样速率加载，含裂隙岩石试样是在加载初 在岩石完全丧失承载能力的最后阶段，仍有一 始就产生声发射信号，并且在300s之前声发射振铃 处单次振铃平均能量(102mJ)达到0.8量值区段 计数率就出现较大的峰值，走势包含较多处突发峰 以上，通过不同阶段加载和观察对应阶段岩石破坏 值，在未达到密实岩石破坏的应力强度就产生峰值 情况得知，主破坏后岩石仍然具有残余承载能力和 破坏，说明含裂隙岩石试样的主破裂由其中所包含 产生声发射信号，虽然岩石脆性较大，但由于岩石破 的裂隙强度决定，前期产生声信号为裂隙开展和相 裂面不会完全分离，形成裂隙的两个面间还有摩擦 互摩擦所造成.含裂隙试样破坏声发射振铃计数率 力和剪切力作用.最后的峰值单次振铃能量就是岩 如图8所示. 石试样在其裂纹处产生主要剪切破坏，此时，岩石试 对于含裂隙岩体试样，在低应力区，声发射振铃 件完全丧失了承载能力图 6 声发射能量计数率随时间的变化 坏后粘滑信号振荡阶段.其中, 信号产生和发展两 个阶段在某些包含裂纹岩石试样的压缩试验中没有 明显区分, 但总体破坏前兆阶段较易辨认, 为破坏发 生的预测提供方便. 2 裂隙对岩体声发射信号的影响 当岩石试样中含有较明显裂隙时, 会对岩石的 强度造成巨大影响, 当试件受压时裂缝首先破裂并 发展, 导致岩石强度远远低于实际强度值.在矿山 采掘面的工业矿体中, 有很多岩体由于其本身的地 质构成和爆破冲击波的作用会产生很多裂隙, 影响 了整体岩体的强度, 并对监测过程中信号的产生和 判别造成了麻烦.为了确保准确预报, 必须分析含 裂隙岩体破坏过程中声发射信号的特点, 提高信号 鉴别能力 . 从含裂隙岩石试样的应力-应变关系图( 见图 7) 中可以看出, 当含裂隙岩石试样受压强度达到密 实岩石试样的一半时, 岩石便发生破裂 . 图 7 含裂隙试样应力-应变关系 以同样速率加载, 含裂隙岩石试样是在加载初 始就产生声发射信号, 并且在 300 s 之前声发射振铃 计数率就出现较大的峰值, 走势包含较多处突发峰 值, 在未达到密实岩石破坏的应力强度就产生峰值 破坏, 说明含裂隙岩石试样的主破裂由其中所包含 的裂隙强度决定, 前期产生声信号为裂隙开展和相 互摩擦所造成.含裂隙试样破坏声发射振铃计数率 如图 8 所示. 对于含裂隙岩体试样, 在低应力区, 声发射振铃 计数率的数值表现较高 .这是因为试样岩体中包含 较多的裂隙和缺陷, 在初始受力阶段便开始了裂纹 挤压和闭合, 产生较大的声发射信号.这种信号与 岩石破坏时的声发射振铃计数率数值相接近, 所以 需要进一步分析参数进行辨别. 图 8 含裂隙试样破坏过程声发射振铃计数率 从图 9 可以看出, 平均能量在试件破裂过程中 的变化是波动的, 具有跳跃性.分布范围分为三个 区段 :单次振铃平均能量( 10 -2 mJ) 为 0.2 ～ 0.3 区 段 ;0.3 ～ 0.5 区段;平均能量超过 0.8 区段 .其中, 前两个能量区段的振铃在试件受载破坏的全过程都 有分布, 而超过 0.8 区段的则只有两处. 图 9 含裂隙试样声发射单次振铃平均能量 结合含裂隙岩石试样在受压时的破坏过程, 认 为岩石试样振铃平均能量( 10 -2 mJ) 首先达到 0.8 区段以上时刻为岩石沿主要裂纹破坏时的平均能 量, 说明在该阶段释放的主要是平均振幅较大的应 力波 .随后在屈服到完全破坏阶段, 平均能量都较 主要破裂阶段的小, 说明在该阶段是小裂隙的开展 和裂隙间摩擦过程, 释放的主要是平均振幅较小的 应力波 . 在岩石完全丧失承载能力的最后阶段, 仍有一 处单次振铃平均能量( 10 -2 mJ) 达到 0.8 量值区段 以上, 通过不同阶段加载和观察对应阶段岩石破坏 情况得知, 主破坏后岩石仍然具有残余承载能力和 产生声发射信号, 虽然岩石脆性较大, 但由于岩石破 裂面不会完全分离, 形成裂隙的两个面间还有摩擦 力和剪切力作用, 最后的峰值单次振铃能量就是岩 石试样在其裂纹处产生主要剪切破坏, 此时, 岩石试 件完全丧失了承载能力 . Vol.29 Suppl.2 宋 波等:金属矿山岩体声发射时间序列特征的试验和模拟研究 · 81 ·