吴顺川等：基于RA与AF值的声发射指标在隧道监测中的可行性 727· 著增加，与室内试验中随距离增大RA值增加的规 映岩体内部破裂的增加.与此同时，b值统计结果 律相吻合 在0.1与0.3s处也处于最低点（除18m处0.3s时 2.1.2不同距离下声发射参数随时间发展规律 无数据)，说明在0.1与0.3s左右岩体内部大破裂 图3(a)为不同距离处的声发射监测绝对能量 的比例较高.结合绝对能量与b值统计结果，在 平均值(EA)与b值分布统计.由于绝对能量在数 0.1与0.3s处，岩体内部发生了2次大破裂事件增 量级上差异较大，因此对绝对能量值平均值取对 多，直至0.6s后逐渐稳定 数进行对比；b值为G-R关系(Gutenberg-.Richter's 然而，由于绝对能量值是信号包络线面积，而 law)式中系数： 声发射实测振幅上限受到传感器DA转换电压范 IgN=a-bM (1) 围限制，当信号振幅过大时会出现“削峰”现象，而 式中，M为震级，N为大于该震级的事件数，a,b为 当监测点距震源的距离增加时，信号上升时间、持 常数.在声发射中，通常可用振幅除以20来代表 续时间增加，振幅降低，但实测振幅并没有太大改 声发射震级，即MFA/20,A为声发射振幅，在b值 变，仍接近最大电压值，因此当震源能量过大时， 计算中，A的单位为dB)b值反映的是岩体中破 一 定距离范围内，距离更远的监测点测得绝对能 裂事件的相对大小与数量的关系，b值越小，说明 量可能反而更高 事件中大破裂事件占比越大，岩石破坏越剧烈，根 由室内试验结果可知，岩石失稳阶段，往往会 据室内试验的结果，岩体发生破坏时所对应的 出现较多RA值较大、AF值较小的“剪切型”声发 b值约为1±0.56 射信号，因此可将声发射信号RA与AF的比值作 由图3(a)可知，爆破过程中主要有2次绝对 为岩石失稳监测的指标.由于基于声发射参数的 能量平均值的增长，出现于0.1与0.3s左右，直至0.7s 破裂机制分析中往往以仁AFRA作为张拉与剪切 后开始降低（除18m处0.7s后重新出现且高于另 信号的判定值，为避免混淆，本文定义=RA/AF作 外两组结果，但发展趋势同样是不断降低).绝对 为本次试验的声发射监测指标，若r值较大的声发 能量的增长意味着岩体中的声发射活动加剧，反 射信号陡然增多，则说明岩体进入剧烈破坏阶段， Absolute erergy,6m 250 a (b) te exergy. 2 m 200 150 100 50 0.4 0.6 0 0.2 0.40.6 0.8 .0 Time/s Time/s 600r (c) (d) 400 400 300 20 70 t8 200 100 0 0.2 0.40.6 0.8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Time/s Time/s 图3同次爆破不同距离下声发射参数随时间的变化.(a)绝对能量与b值：(b)距离6m:(c)距离12m:(d)距离18m Fig.3 Evolution of AE parameters and indices at different distances from the source during a certain blasting:(a)absolute energy and b value;(b) distance of 6 m;(c)distance of 12 m:(d)distance of 18 m著增加，与室内试验中随距离增大 RA 值增加的规 律相吻合. 2.1.2    不同距离下声发射参数随时间发展规律 图 3（a）为不同距离处的声发射监测绝对能量 平均值（EA）与 b 值分布统计. 由于绝对能量在数 量级上差异较大，因此对绝对能量值平均值取对 数进行对比； b 值为 G-R 关系（Gutenberg-Richter's law）式中系数： lgN = a−bM （1） 式中，M 为震级，N 为大于该震级的事件数，a，b 为 常数. 在声发射中，通常可用振幅除以 20 来代表 声发射震级，即 M=A/20，A 为声发射振幅，在 b 值 计算中，A 的单位为 dB[15] . b 值反映的是岩体中破 裂事件的相对大小与数量的关系，b 值越小，说明 事件中大破裂事件占比越大，岩石破坏越剧烈，根 据室内试验的结果 ，岩体发生破坏时所对应的 b 值约为 1±0.5[16] . 由图 3（a）可知，爆破过程中主要有 2 次绝对 能量平均值的增长，出现于 0.1 与 0.3 s 左右，直至 0.7 s 后开始降低（除 18 m 处 0.7 s 后重新出现且高于另 外两组结果，但发展趋势同样是不断降低）. 绝对 能量的增长意味着岩体中的声发射活动加剧，反 映岩体内部破裂的增加. 与此同时，b 值统计结果 在 0.1 与 0.3 s 处也处于最低点（除 18 m 处 0.3 s 时 无数据），说明在 0.1 与 0.3 s 左右岩体内部大破裂 的比例较高. 结合绝对能量与 b 值统计结果，在 0.1 与 0.3 s 处，岩体内部发生了 2 次大破裂事件增 多，直至 0.6 s 后逐渐稳定. 然而，由于绝对能量值是信号包络线面积，而 声发射实测振幅上限受到传感器 D/A 转换电压范 围限制，当信号振幅过大时会出现“削峰”现象，而 当监测点距震源的距离增加时，信号上升时间、持 续时间增加，振幅降低，但实测振幅并没有太大改 变，仍接近最大电压值，因此当震源能量过大时， 一定距离范围内，距离更远的监测点测得绝对能 量可能反而更高. 由室内试验结果可知，岩石失稳阶段，往往会 出现较多 RA 值较大、AF 值较小的“剪切型”声发 射信号，因此可将声发射信号 RA 与 AF 的比值作 为岩石失稳监测的指标. 由于基于声发射参数的 破裂机制分析中往往以 k=AF/RA 作为张拉与剪切 信号的判定值，为避免混淆，本文定义 r=RA/AF 作 为本次试验的声发射监测指标，若 r 值较大的声发 射信号陡然增多，则说明岩体进入剧烈破坏阶段， r/(ms·V−1·kHz−1 ) Time/s 0 200 400 600 (d) r/(ms·V−1·kHz−1 ) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Time/s 0 50 100 150 200 250 (b) 0 r/(ms·V−1·kHz−1 ) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Time/s 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 100 200 300 400 500 (c) 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 2 4 6 8 Absolute energy, 6 m Absolute energy, 12 m Absolute energy, 18 m b value, 6 m b value, 12 m b value, 18 m Time/s 0 1 2 3 4 5 6 Average absolute energy, lg(EA/aJ) b value (a) 图 3    同次爆破不同距离下声发射参数随时间的变化. （a）绝对能量与 b 值；（b）距离 6 m；（c）距离 12 m；（d）距离 18 m Fig.3     Evolution  of  AE  parameters  and  indices  at  different  distances  from  the  source  during  a  certain  blasting:  (a)  absolute  energy  and b value;  (b) distance of 6 m; (c) distance of 12 m; (d) distance of 18 m 吴顺川等： 基于 RA 与 AF 值的声发射指标在隧道监测中的可行性 · 727 ·