声发射试验主要在岩石力学试验中应用较广,国内外开展了大量的研究。主要包括:单轴压缩,常规三轴试验下岩石、混凝土以及煤的声发射特征;探讨和研究了应力作用下,岩石的应力应变与声发射特征的关系,分析了岩石破坏工程中的声发射频率和振幅的分布规律;利用岩石声发射对矿山、隧道、大坝以及边坡进行检测,对建筑结构、桥梁和铁塔进行动态检测和完整性评价,并取得了丰硕的成果:
陶纪南等对岩石声发射的试验研究表明,岩石临近破坏前声发射相对平静,甚至会多次出现,它是岩石逐次破坏、能量逐次释放过程中暂时平衡反映。岩石声发射信号的事件频度历时累计曲线和岩石对应的位移历时曲线都具有指数函数规律。提出岩石声发射特征参数应根据声发射脉冲和按频率展开的振幅谱都不连续的特点定义事件额度和声发射能率。
陈忠辉等采用统计损伤力学观点推导出在围压作用下岩石应力应变本构关系理论表达式, 并探求了岩样在快速增、卸围压时的本构特性, 在此基础上, 得到了岩样在快速增、卸围压时的声发射变化特征, 结果表明: 围压作用下的岩样快速卸围压, 促使声发射突增,而在一定范围内快速增围压, 声发射并不发生, 只有增加一定的轴压后, 才会有声发射。
唐春安根据统计细观损伤力学原理和岩石声发射原理,提出了岩石的声发射与岩石的损伤具有一致性假设,即N ∝D(N为岩石的声发射数,D为岩石损伤参量),并在解析解简单模拟岩石声发射规律的基础上,提出用有限元方法研究岩石声发射规律的基本思路:首先考虑岩石单元体参数的非均匀性,假定其服从某种统计分布特征,然后采用上述基本假设,在计算过程中对每个时刻的单元破坏数进行统计,并将它作为岩石声发射数的度量,最后借助数值计算方法来研究岩石的声发射规律。
赵洪宝等 研究了含瓦斯煤的声发射特征,对含瓦斯煤岩的进行常规三轴试验,发现含瓦斯煤样破坏过程中没有特别明显的声发射事件密集区和稀疏区;而声发射事件振幅比较均一,且维持在一个较小的振幅水平附近,大振幅事件的出现呈现“三峰”特性;含瓦斯煤样破坏过程中的声发射事件能量随变形的增加而逐渐变大;屈服阶段至峰值强度处之间,声发射事件能量达到最大;之后含瓦斯煤岩破坏点;含瓦斯煤样破坏过程中的声发射事件的声发射计数、事件振幅和能量变化趋势与三轴压缩曲线呈滞后对应关系。并选取煤样内任一微小单元,假定其强度符合威布尔统计分布规律,建立煤岩的损伤变量与微单元破坏概率密度的关系,推导并建立了以声发射特性为基础、考虑瓦斯作用下的含瓦斯煤岩损伤变量与声发射事件数的关系式。
宿辉等采用颗粒离散元程序,用PFC2D模型建立岩石数值试样时,设定颗粒间法向和切向链接强度,能够直接反映岩石的宏观强度,在荷载作用下一旦切向应力或法向应力超过相应的链接强度,链接便会断裂,对应一次声发射产生。在数值试验加载过程中,将每一时步的声发射数记录下来,绘制在与加载时间有关的坐标图上,即可得到岩石加载的声发射时间序列特征曲线,同时声发射可以实时显示出来,反映其在断面的分布特征。发现岩石声发射最大强度和峰值破坏时间并不同步,有不同程度滞后,不均质度越高、滞后时间越长。
文研究了岩石试样在周期性循环荷载作用过程中的声发射特征,不同加载速率和应力幅度下的循环试验,声发射规律体现出不同的发展模式,加载速率对声发射的影响主要在声发射率上,特别是主裂纹形成扩展阶段,速率加大使循环过程中的主裂纹形成、扩展速率增加,加快了岩石破坏的速率,从而增大了声发射率;无论是在加载和加卸载试验中,岩石峰强度后的宏观破坏过程中都产生大量的声发射事件。试验还表明,对于具有中压突增型声发射特性的岩样,都有峰值前出现声发射相对平静期现象的特点。
目前,国内外学者对于不同路径加载条件下岩石破裂过程中声发射参数特征进行了大量的试验研究。蒋宇,葛修润等研究了循环荷载作用下岩石疲劳破坏过程中的变形规律和声发射特征,揭示了两者之间的联系,从宏观不可逆变形和微观损伤的角度对岩石疲劳破坏过程进行了初步分析;李庶林等对岩石单轴压缩下破坏全过程的声发射进行了试验研究;尹贤刚等研究了岩石单轴压缩下破坏全过程声发射强度的分形特征,建立了岩石破坏声发射强度分维模型,分析了岩石破坏全过程各个应力水平声发射分形特征以及分形维值随实验时间的变化规律;李元辉等应用声发射及其定位技术,通过单轴受压岩石破坏声发射试验,对岩石破裂过程中的声发射b 值和空间分布分形维值随不同应力水平的变化趋势进行了研究。