岩体岩石声发射监测技术

岩体（岩石）声发射监测技术前言1声发射测试的基本原理2声发射技术的特点3声发射技术的应用4《岩体（岩石）声发射监测技术》P01/20结语5岩体（岩石）声发射监测技术1、前言狭义地压：围岩因变形移动和冒落岩块作用在支架上的压力，称为狭义地压。广义地压：岩体内部原岩作用于围岩和支架上的压力，称为广义地压。地压:从本质上来定义，地压就是岩体因受开挖扰动而产生的力学效应。地压监测方法：机械法、电测法、声测法、光测法等。《岩体（岩石）声发射监测技术》P02/201、前言声发射：材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(AcousticEmission,简称AE)，有时也称为应力波发射。声发射技术：用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术《岩体（岩石）声发射监测技术》P03/202、声发射测试的基本原理从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。固体材料中内应力的变化产生声发射信号，在材料加工、处理和使用过程中有很多因素能引起内应力的变化，如位错运动、裂纹萌生与扩展、断裂、热胀冷缩、外加负荷的变化等。《岩体（岩石）声发射监测技术》P04/202、声发射测试的基本原理图2.1声发射测试系统《岩体（岩石）声发射监测技术》P05/202、声发射测试的基本原理图2.2声发射测试试验实物图《岩体（岩石）声发射监测技术》P06/202、声发射测试的基本原理图2.3声发射信号简化声发射基本特征参数定义人们根据观察到的声发射信号进行处理分析以推断材料产生声发射的机制及声发射源的性质。《岩体（岩石）声发射监测技术》P07/203、声发射技术的特点声发射监测方法的优点主要表现为：(1)声发射是一种动态无损监测方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身(2)声发射法对线性缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号(3)在一次监测过程中，声发射监测技术能够整体监测和评价整个结构中缺陷的状态《岩体（岩石）声发射监测技术》P08/203、声发射技术的特点(4)可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监控或临近破坏预报(5)由于对监测对象的接近要求不高，适于其它方法难于或不能接近环境下的监测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境(6)由于对构件的几何形状不敏感，而适于监测其它方法受到限制的形状复杂的构件。《岩体（岩石）声发射监测技术》P09/203、声发射技术的特点声发射技术的缺点主要表现在：(1)声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的干扰，因而难于确保采集信号及分析结果的正确性(2)声发射测试，一般需要适当的加载程序。多数情况下，可利用现成的加载条件，但有时，还需要特作准备(3)声发射检测目前只能给出声发射源的部位、活性和强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小《岩体（岩石）声发射监测技术》P10/204、声发射技术的应用对声发射信号进行处理，是识别产生声发射源的部位和性质的唯一途径。在声发射信号的处理和分析方面，除大家普遍常用经典声发射信号参数和定位分析之外，我国目前开展了处于世界前沿的基于波形分析基础之上的模态分析、经典谱分析、现代谱分析、小波分析和人工神经网络模式识别，另外也对声发射信号参数采用了模式识别、灰色关联分析和模糊分析等先进的技术，我国还自主开发了进行各种信号分析和模式识别的软件包。《岩体（岩石）声发射监测技术》P11/204、声发射技术的应用图4.1FFT分析《岩体（岩石）声发射监测技术》P12/204、声发射技术的应用图4.2小波分析《岩体（岩石）声发射监测技术》P13/204、声发射技术的应用图4.3神经网络分析《岩体（岩石）声发射监测技术》P14/204、声发射技术的应用声发射现象的观测起源于地震的监测，现今广泛地用于岩石的监测和地质与石油钻探中的应力测量。北京石油勘探开发设计院和北京石油大学采用声发射技术测量岩芯的主应力方向，达到确定油田最大水平应力方向的目的。冶金部武汉安全环保研究院近20年来一直开展矿山和大型水坝岩石塌方的监测研究和应用工作，近几年一直在长江三峡大坝对一些关键部位的岩石活动情况进行监测，为三峡大坝的建设提供了重要依据。《岩体（岩石）声发射监测技术》P15/204、声发射技术的应用参考1：蔡美峰.地应力测量原理和技术[M]，北京；科学出版社，2000.参考2：王更峰，基于小波包分析的岩石声发射测量地应力，岩土工程技术，2006，20(4)《岩体（岩石）声发射监测技术》P16/204、声发射技术的应用参考3：尹贤刚，岩石破坏声发射平静期及其分形特征研究，岩石力学与工程学报，2009，28(增2)；《岩体（岩石）声发射监测技术》P17/204、声发射技术的应用参考5：李元辉，岩石破裂过程中的声发射b值及分形特征研究，岩土力学，2009，30(9)；参考4：李纪汉，岩石摩擦滑动的声发射b值，西北地震学报，1987，9(4)；《岩体（岩石）声发射监测技术》P18/204、声发射技术的应用参考6：尹彦波等，基于声发射预警准则的柿竹园矿地压预警研究，采矿技术，2010，10(5)；参考7：文兴等，多通道声发射监测系统在矿山安全开采中的应用，矿业研究与开发，2009，29(3)；《岩体（岩石）声发射监测技术》P19/205、结语(1)岩体声发射监测技术在预测预报方面有很大的优越性，但在应用中缺少理论支持，目前尚需完善。(2)声发射信号含有大量丰富的声发射源信息，应大力将先进的信号处理与分析方法应用到声发射信号处理中来，以达到更为合理、准确的声发射预测效果。(3)由于矿山工程的复杂性，因此在实际应用中若能与位移应力等监测方法相结合，效果会更好。《岩体（岩石）声发射监测技术》P20/20谢谢！