细砂岩声发射全波形特征及频谱分析

常新科，吴顺川,2，程海勇，傅 鑫

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院，昆明 650093； 2.北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083)

1 研究背景

近年来，随着大量地下岩土工程的兴建，施工深度不断增加，高能量、大体量灾害事故频发(冲击地压、煤与瓦斯突出、巷道围岩难以支护、顶板垮落等)[1-3]，严重威胁施工安全，这些地质灾害是岩石失稳破坏的宏观力学表现。岩石作为天然材料，其内部含有各种缺陷(孔隙、节理、微裂隙等)，工程岩体破坏失稳是岩石在应力场作用下细观缺陷损伤发展至宏观破裂的渐进过程，因此研究岩石在荷载作用下的破裂机制及裂纹扩展规律，对深入了解工程岩体的破坏，以及地质灾害的评价与预测具有重要的理论意义。

目前，揭示岩石破裂机制的主要手段有数值模拟试验和实验室物理力学试验两类[4-5]。其中数值模拟方法有FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)[6]、PFC(Particle Flow Code)[7]、RFPA(Realistic Failure Process Analysis)[8]、DDA(Discontinuous Displacement Analysis)[9]、UDEC(Universal Distinct Element Code)[10]等，这些研究的开展促进了人们对岩石破裂机理的认识，但其有效性与岩石物理力学参数的准确界定密切相关，相对而言，基于实验室物理力学试验获得的岩石破坏机理分析更为可靠。

声发射(Acoustic Emission，AE)技术是目前公认可实时监测岩石灾变过程中微损伤事件孕育萌生、扩展、聚合的有效方法。学者们一方面从AE简化参数角度分析了岩石破坏过程的发生机制[11-13]，另一方面从AE波形及功率谱角度研究了岩石损伤灾变机理。张艳博等[14]采用2种类型的AE传感器接收花岗岩破裂过程的横、纵波，表明AE横波和纵波的主频分别以35～110 kHz和300～500 kHz为主；……