声发射测量地应力的原理及方法

2000年 第24卷 石油大学学报(自然科学版) Vol.24 No.5 第5期 JournaloftheUniversityofPetroleum,China Oct.2000

文章编号:1000-5870(2000)05-0001-03

声发射地应力测量中凯塞点的确定

薛亚东, 高德利

(石油大学石油工程系,北京102200)

摘要:准确判断凯塞点是岩石声发射地应力测量中的重点和难点,目前还没有一种有效的确定方法。对砂岩声发射试验中声发射信号的重标区间(R/S)进行了分析,发现lg(R/S)与时间间隔对数值具有很好的线性相关性,相关系数均大于0.97,这表明声发射信号曲线具有分形特征。研究还发现,不同载荷阶段声发射信号曲线的赫斯特指数(H)可反映声发射信号强弱变化的趋势。当H>0.5时,声发射信号趋于加强;H<0.5时,声发射信号趋于减弱。根据这一规律,通过计算声发射信号曲线的赫斯特指数(或分形维数),便可确定声发射试验中的凯塞点。实践证明这是一种确定凯塞点的有效方法。

关键词:地应力;测量;声发射;分形;凯塞效应中图分类号:TU453 文献标识码:A

引 言

岩石同许多金属材

2000年 第24卷 石油大学学报(自然科学版) Vol.24 No.5 第5期 JournaloftheUniversityofPetroleum,China Oct.2000

文章编号:1000-5870(2000)05-0001-03

声发射地应力测量中凯塞点的确定

薛亚东, 高德利

(石油大学石油工程系,北京102200)

摘要:准确判断凯塞点是岩石声发射地应力测量中的重点和难点,目前还没有一种有效的确定方法。对砂岩声发射试验中声发射信号的重标区间(R/S)进行了分析,发现lg(R/S)与时间间隔对数值具有很好的线性相关性,相关系数均大于0.97,这表明声发射信号曲线具有分形特征。研究还发现,不同载荷阶段声发射信号曲线的赫斯特指数(H)可反映声发射信号强弱变化的趋势。当H>0.5时,声发射信号趋于加强;H<0.5时,声发射信号趋于减弱。根据这一规律,通过计算声发射信号曲线的赫斯特指数(或分形维数),便可确定声发射试验中的凯塞点。实践证明这是一种确定凯塞点的有效方法。

关键词:地应力;测量;声发射;分形;凯塞效应中图分类号:TU453 文献标识码:A

引 言

岩石同许多金属材

3.1 地应力与地应力测量方法简介

地应力，又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区内，地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。

地应力测量，就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态，这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用，所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。

随着矿区开采现代化进程的不断提高和开采深

有意义

第26卷 第5期

岩石力学与工程学报 Vol.26 No.5

2007年5月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May，2007

深部矿井地应力测量方法研究与应用

康红普，林 健，张 晓

(煤炭科学研究总院 北京开采研究所，北京 100013)

摘要：目前地应力测量方法有很多种，可分为力学法、地球物理法及地质构造信息法等。在分析各种测量方法特点的基础上，介绍适用于深部煤矿巷道的地应力快速测量方法——小孔径水压致裂地应力测量法，包括小孔径水压致裂地应力测量原理、测量装置的组成部分和技术特征。在我国煤矿典型的深部矿区——新汶矿区井下巷道中，完成9个测点的地应力测量。其中5个测点的埋深超过1 000 m，最深达1 220 m。测量结果表明，7个测点的最大水平主应力大于垂直主应力；最大水平主应力高达42.1 MPa；最大水平主应力与垂直主应力的比值为1.004～1.550；新汶矿区超过1 000 m深井地应力以水平应力为主，最大水平主应力方向主要集中在N3°E～N43.5

4.2 声发射技术(AE) 4.2.1 声发射概念和原理

声发射技术Acoustic Emission简称AE，是一种应用日趋广泛的现代无损检测新技术。

受力构件的材料内部在裂纹萌生、扩展过程中会释放塑性应变能并以应力波形式向外传播扩展，这就是声发射现象，AE就是采用高灵敏度的声发射压电传感器安装于受力构件表面形成传感器陈列，实时捕捉来自于构件内部裂纹扩展的动态信息，通过对这些信号的处理分析，可以检测材料内存在的裂纹损伤进行分析和研究。形象地讲，这是一种听声技术，像医生用听诊器对人体听声来诊病一样，通过听构件内部故障声音来对构件诊断。

AE产生于上个世纪50年代，起于由德国科学家KAISER发现并以其名字命名的KAISER现象。早期由于人们对声发射信号特征的认识局限性以及计算机技术和信号处理技术发展水平的限制，不能很好区分什么是来自于裂纹缺陷的声音。信号和环境噪声信号使AE一直处于实验室研究阶段。到20世纪70年代人们发现了大部分构件裂纹缺陷的声发射信号是高频信号，大致在100 KHz ~ 300 KHz之间，进而采用高频谐振传感器，先进的信号处理技术大大排除了可听音范围内的环境噪声干扰，使AE开始进入实际生产。

进入20世纪80年代，电子计

声发射检测技术

摘要 ：通过阐述声发射检测的基本原理,总结了声发射检测的特点。介绍了国内外声发射检测技术的发展历程和现状，并概述了声发射检测技术在压力容器、转动设备、航空航天工业、复合材料等方面的应用进展，提出了我国目前声发射检测急需解决的问题和发展趋势。 关键词：声发射；压力容器；复合材料

A Study on the Applications of Acoustic Em ission Technique

Abstract: Based on the principle of acoustic em ission testing, the features of acoustic em ission testing technique are summarized. After an introduction to the history and present situation of acoustic em ission testing technology home and abroad, the authors havemade an revi

X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法-STRESS

XRD 2009-01-10 21:07:39 阅读616 评论2 字号：大中小

X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法 什么是残余应力？

外力撤除后在材料内部残留的应力就是残余应力。但是，习惯上将残余应力分为微观应力和宏观应力。两种应力在X射线衍射谱中的表现是不相同的。微观应力是指晶粒内部残留的应力，它的存在，使衍射峰变宽。这种变宽通常与因为晶粒细化引起的衍射峰变宽混杂在一起，两者形成卷积。通过测量衍射峰的宽化，并采用近似函数法或傅立叶变换方法来求得微观应力的大小。宏观应力是指存在于多个晶体尺度范围内的应力，相对于微观应力存在的范围而视为宏观上存在的应力。一般情况下，残余应力的术语就是指在宏观上存在的这种应力。宏观残余应力（以下称残余应力）在X射线衍射谱上的表现是使峰位漂移。当存在压应力时，晶面间距变小，因此，衍射峰向高度度偏移，反之，当存在拉应力时，晶面间的距离被拉大，导致衍射峰位向低角度位移。通过测量样品衍峰的位移情况，可以求得残余应力。

X射线衍射法测量残余应力的发展

X射线衍射法是一种无损性的测试方法，因此，对于测试脆性和不透明材料的残余应力是最常用的方法。20世纪初，人们就已

*initial conditions,type=stress,input=0.csv

mdb.models['Model-1'].setValues(noPartsInputFile=ON)

（将网格划分精密一些，地应力平衡精度更高一些，2010-7-12注）

注意：导入的inp、csv或其他文件里不得有空行，否则会出现element 0。允许有空格。 --------------------------------------------------------------------

方法一：

桩土地应力平衡不容易通过，可先直接指定应力： *initial conditions,type=stress,geostatic Set-pile-soil,0,0,-510000,30,0.6,0.6

将桩土摩擦系数设为0，容易平衡，输出含有应力s11、s22等的应力文件；

导入应力文件，将摩擦系数提高为一个较小的数值（低于正常的摩擦系数），再计算，输出应力文件； 再提高摩擦系数，导入应力文件，计算，重复上述操作，直到摩擦系数达到正常值。

上述如果不行，可以干脆将桩与的接触改为tie，2010-8-18的模型按照上面的步骤操作不行，后来tie就

*initial conditions,type=stress,input=0.csv

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（将网格划分精密一些，地应力平衡精度更高一些，2010-7-12注）

注意：导入的inp、csv或其他文件里不得有空行，否则会出现element 0。允许有空格。 --------------------------------------------------------------------

方法一：

桩土地应力平衡不容易通过，可先直接指定应力： *initial conditions,type=stress,geostatic Set-pile-soil,0,0,-510000,30,0.6,0.6

将桩土摩擦系数设为0，容易平衡，输出含有应力s11、s22等的应力文件；

导入应力文件，将摩擦系数提高为一个较小的数值（低于正常的摩擦系数），再计算，输出应力文件； 再提高摩擦系数，导入应力文件，计算，重复上述操作，直到摩擦系数达到正常值。

上述如果不行，可以干脆将桩与的接触改为tie，2010-8-18的模型按照上面的步骤操作不行，后来tie就

1、“地应力平衡”的含义、目的、作用

我们所建立的几何模型一般和工程实际情况或尺寸相对应、相一致，比如边坡几何模型和实际边坡尺寸一致，但我们可以夸张一点想像，实际边坡应是由一个更大一点或更高一点的不受重力的初始边坡在n年前突然受重力和类似目前的边界条件作用下逐渐形成了今天的尺寸大小，n年前受重力和类似目前的边界条件作用之前边坡的尺寸大小，我们不得而知，如果能准确知晓，我们就可以建立一个那时的几何模型，再施加重力和边界条件进行计算，变形后形状和现状边坡形状一致，其内力也就是初始应力场或地应力，就不用专门去施加地应力了，但问题是我们不能知晓边坡受力前的形状尺寸，我们现在的几何模型就是边坡现在的实际尺寸，受力后将会变成一个更小的或与现状不一致的边坡，这不符合我们模拟现状边坡的目的。如果我们知道现状边坡的内力，将其提取出来作为几何模型的内力，再和外力（重力）平衡，则我们建立的模型才能算和实际模型一致。 真实地知道现状边坡的内力是很难的，我们采取的办法是，用我们所建立的几何模型施加和实际模型一致的重力和边界条件进行计算，得到变形后或变得更小或与现状边坡不完全一致的边坡内力近似的作为现状边坡的内力，并重新将其施加于与现状边坡一致的几何模型，再施加重力（当