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基于聲發(fā)射原理的原巖應(yīng) 基于聲發(fā)射原理的原巖應(yīng) 力測量方法和測試裝置

本技術(shù)基于聲發(fā)射原理進行原巖應(yīng)力測試的一種方法。聲發(fā)射發(fā)又稱凱塞效應(yīng)法，是巖石材料的凱塞效應(yīng)來測量巖體原巖應(yīng)力的一種方法。材料在受到外載荷作用時，期內(nèi)部儲存的應(yīng)變能快速釋放產(chǎn)生彈性波并發(fā)生聲響的現(xiàn)象。1950 年，德國學(xué)者凱塞發(fā)現(xiàn)，受單向拉伸作用的材料在應(yīng)力未達到材料的最大先期應(yīng)力時，不會出現(xiàn)明顯的聲發(fā)射現(xiàn)象，但應(yīng)力達到或者超過歷史上所受的最大值之后，聲發(fā)射率明顯增加，這種現(xiàn)象稱為凱塞效應(yīng)。從很少產(chǎn)生聲發(fā)射到大量產(chǎn)生聲發(fā)射的轉(zhuǎn)折點就是凱塞效應(yīng)點，凱塞效應(yīng)點的應(yīng)力即為材料在歷史上受到的最大應(yīng)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(yīng)，從而為應(yīng)用這一技術(shù)測定巖石應(yīng)力奠定了基礎(chǔ)，根據(jù)凱塞效應(yīng)，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(fā)射實驗，并測定凱塞效應(yīng)點，即可找出每個巖石試件先前受到的最大應(yīng)力值，進而可以求出取樣點的三維應(yīng)力狀態(tài)。目前進行原巖應(yīng)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(yīng)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(yīng)力測試，空間相對狹小，施工不方便，也不易實現(xiàn)大規(guī)模、大區(qū)域內(nèi)的原巖應(yīng)力測量。本技術(shù)進行原巖應(yīng)力測量和現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)完成，加快了原巖應(yīng)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(qū)域內(nèi)的原理應(yīng)力測量，而且比較其它原巖應(yīng)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(shù)是原巖應(yīng)力測量中一種施工方便、工期縮短、成功率高的原巖應(yīng)力測量方法。

安徽理工大學(xué) 2021-04-13

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