岩石内部裂隙扩展损伤声发射实时监测

自然界的探索之路，从来不是沿着 “预设答案”铺就的坦途，而是一场由 “问题”牵引、向 “未知”掘进的漫长远征。

当地质学家突然意识到到岩石在外部应力作用下并非瞬间崩裂，而是经历着隐秘的 “蓄力”过程时，一个关键疑问便随之产生：岩石内部究竟在发生怎样的变化，才会最终引发宏观的破坏？

岩石在受力过程中内部晶体颗粒错动，能量会聚集到局部位置，然后快速释放，产生微破裂的同时，释放应力波（声发射AE现象）会发出人耳听不见的声音。

早期科研人员针对这种问题，研制了声发射在线监测设备，用于采集微弱的信号并通过软件分析判断。

声发射系统接收信号过程

岩石内部裂隙扩展声发射监测，对我国工程岩体的安全稳定、非常规油气开发、矿业开采等岩石工程紧密相关。目前岩石裂缝扩展监测试验中，大部分仅实时测量载荷和裂缝位移数据，能利用分析的数据量明显偏少，缺乏岩石内部裂缝扩展信息实时监测。声发射技术可以用来实时观测岩石的内部破坏过程、裂纹起裂、和扩展过程等。

声发射传感器布置安装示意图

在声发射实验中，研究人员会对岩石进行人为破坏处理。在此过程声发射技术能够实时捕捉岩石裂纹的动态演化轨迹，进而生成岩石内部损伤演化的三维动态结果。同时，声发射定位数据不仅是岩样内部应力场演化的宏观体现，还能直观呈现岩样内部裂纹的扩展空间位置、延伸方向，以及裂纹扩展形成的空间曲面形态。

功能总结：声发射方法可以通过多种参数和图形显示实时判断损伤开裂的起始时间。实时观看结构在外载荷作用下产生损伤的严重程度。声发射方法有效监测到损伤源随着载荷的增加，定位集中部位的发展变化趋势，有利于判断损伤从萌生、发展、开裂、直至最后贯通的全过程信息。结果表明，5Mpa载荷作用下产生了贯通开裂后，声发射定位结果与实际开裂面吻合效果很好，同时声发射方法在3Mpa时监测到贯通裂纹前的裂纹萌生端部位置。