熊　文　萬毅宏　侯訓(xùn)田　葉見曙

(1東南大學(xué)交通學(xué)院，南京　210096)(2浙江省公路管理局，杭州　310009)

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聲發(fā)射信號(hào)預(yù)測(cè)山體滑坡基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究

熊文1萬毅宏2侯訓(xùn)田2葉見曙1

(1東南大學(xué)交通學(xué)院，南京210096)
(2浙江省公路管理局，杭州310009)

摘要:對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣并二次加工的巖石樣本采用深梁三點(diǎn)加載方式在5種工況(變速加載、勻速加載、破壞形態(tài)改變、加載環(huán)境改變以及尺寸改變)下進(jìn)行剪切加載至破壞，以模擬巖體滑坡．進(jìn)而基于聲發(fā)射理論，利用聲發(fā)射傳感器對(duì)試驗(yàn)樣本破壞全過程中的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并形成相應(yīng)位置的聲發(fā)射信號(hào)隨時(shí)間變化曲線．最終通過聲發(fā)射信號(hào)曲線變化特征識(shí)別區(qū)分出巖石樣本加載破壞整個(gè)過程中的不同階段．試驗(yàn)結(jié)果證明，基于傳感器合理布置位置，通過觀察聲發(fā)射信號(hào)曲線變化特征可以對(duì)山體滑坡面中關(guān)鍵點(diǎn)破壞的預(yù)警提供較好的判斷依據(jù)，從而通過對(duì)多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)破壞位置的預(yù)警來預(yù)測(cè)滑坡面的早期形態(tài)，為今后聲發(fā)射信號(hào)預(yù)測(cè)山體滑坡的工程應(yīng)用提供試驗(yàn)基礎(chǔ)．

關(guān)鍵詞:聲發(fā)射;山體滑坡;巖石樣本;基礎(chǔ)性試驗(yàn)

引用本文:熊文，萬毅宏，侯訓(xùn)田，等．聲發(fā)射信號(hào)預(yù)測(cè)山體滑坡基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究［J］．東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，46(1) : 184－190．DOI: 10．3969/j．issn．1001－0505．2016．01．030．

高速公路山體滑坡現(xiàn)象日益嚴(yán)重，特別是山區(qū)修建高速公路，天然滑坡、潛在滑坡、工程滑坡構(gòu)成的高速公路滑坡災(zāi)害幾乎不可避免［1－2］．國內(nèi)外針對(duì)山體滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)主要以地表變形監(jiān)測(cè)為研究對(duì)象，采用大地測(cè)量技術(shù)、地理信息技術(shù)、全球衛(wèi)星定位技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)以及遙感技術(shù)等對(duì)地表位移與加速度進(jìn)行長期監(jiān)測(cè)［1－5］，以此進(jìn)行山體滑坡滑動(dòng)方向、滑動(dòng)規(guī)模的預(yù)報(bào)．但是，這些方法在地表監(jiān)測(cè)過程中很容易受到惡劣環(huán)境(如氣候、地形等)及人為因素的影響［6］，很難對(duì)地下深部不斷進(jìn)行的細(xì)微地質(zhì)活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)．而一般認(rèn)為滑坡過程事實(shí)上是滑坡體內(nèi)不斷向外散發(fā)各種信息的過程，最初的信息只有在滑坡體內(nèi)才能感知，到一定程度時(shí)傳至地表，待出現(xiàn)宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)才能被表觀監(jiān)測(cè)設(shè)備捕獲．顯然，通過監(jiān)測(cè)山體表面變化，以表觀現(xiàn)象為監(jiān)測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)方法很難準(zhǔn)確探明滑坡災(zāi)變的初始形態(tài)并以此進(jìn)行提前有效地災(zāi)難預(yù)報(bào)．

聲發(fā)射(acoustic emission，AE)是巖土體變形破壞過程中內(nèi)部微破裂擴(kuò)展而發(fā)射的一種彈性波，是固體內(nèi)部缺陷或潛在缺陷(即聲發(fā)射源)在外部條件作用下的自動(dòng)發(fā)聲．顯然，在山體滑坡災(zāi)變演化過程中，巖石破壞面及滑動(dòng)面形成發(fā)展，均會(huì)伴隨大量連續(xù)的聲發(fā)射現(xiàn)象．一旦利用按一定幾何關(guān)系組成陣列的傳感器監(jiān)測(cè)到該聲發(fā)射信號(hào)，便可根據(jù)其聲發(fā)射特征參數(shù)來確定或跟蹤聲發(fā)射源的形態(tài)與位置，從而進(jìn)行滑坡預(yù)報(bào)．

本文基于聲發(fā)射理論，利用現(xiàn)場(chǎng)取樣并二次加工的巖石試驗(yàn)樣本，對(duì)其進(jìn)行不同情況下的剪切加載以模擬巖體局部滑坡破壞，進(jìn)而利用聲發(fā)射傳感器對(duì)試驗(yàn)樣本破壞全過程的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集記錄，并形成相應(yīng)位置的聲發(fā)射信號(hào)隨時(shí)間變化曲線，最終通過曲線變化特征識(shí)別區(qū)分出巖石樣本加載破壞整個(gè)全過程中的不同階段．試驗(yàn)結(jié)果證明，基于傳感器合理布置位置，通過觀察聲發(fā)射信號(hào)曲線變化特征可以對(duì)山體滑坡面中關(guān)鍵點(diǎn)破壞的預(yù)警提供較好的判斷依據(jù)，從而通過對(duì)多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)破壞位置的預(yù)警來預(yù)測(cè)滑坡面的早期形態(tài)，為聲發(fā)射信號(hào)預(yù)測(cè)山體滑坡的工程應(yīng)用提供試驗(yàn)基礎(chǔ)．

1　聲發(fā)射基本原理

聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)的原理如圖1所示，從聲發(fā)射源產(chǎn)出應(yīng)變能釋放，從而發(fā)射彈性波，彈性波最終傳播到達(dá)材料的表面，引起材料表面的“位移”．聲發(fā)射傳感器將材料的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再放大、處理和記錄．在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，外力使材料形成或擴(kuò)展裂紋的過程可分為3個(gè)階段:①裂紋的成核;②裂紋的擴(kuò)展;③最終斷裂．而這3個(gè)階段均能夠成為強(qiáng)烈的聲發(fā)射源［7］．對(duì)于山體滑坡來說，巖體聲發(fā)射現(xiàn)象(AE event)是指巖體變形破壞過程中內(nèi)部微破裂擴(kuò)展而發(fā)射的一種彈性波，是固體內(nèi)部缺陷或潛在缺陷在外部條件作用下的自動(dòng)發(fā)聲［8］．顯然，在山體滑坡形成過程中，巖石內(nèi)部裂縫以及塑性變形的增長，會(huì)伴隨著大量連續(xù)的聲發(fā)射現(xiàn)象．

圖1　聲發(fā)射技術(shù)原理示意圖

2　試驗(yàn)

2. 1試驗(yàn)樣本

在曾發(fā)生過滑坡的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣(見圖2)，取樣段位于滑坡活躍區(qū)，是順層巖體結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)開挖并設(shè)有支擋結(jié)構(gòu)．選取巖石樣本的尺寸不僅要滿足加載設(shè)備的要求，同時(shí)要方便二次加工．通過現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別，此類巖石可歸類為略有層狀裂隙的葉臘石．由于是現(xiàn)場(chǎng)采集，故試驗(yàn)樣本部分包含有實(shí)際可能存在的天然節(jié)理、裂隙等巖石材料隨機(jī)特征，試驗(yàn)數(shù)據(jù)更能反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況．

圖2　取樣現(xiàn)場(chǎng)

通過二次加工，形成不同大小的標(biāo)準(zhǔn)立方體試樣12個(gè)(實(shí)際試驗(yàn)過程中有損耗)，尺寸誤差控制在10 mm以內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)試樣各端面嚴(yán)格平行，不平行度小于5 mm，四面凸起小于3 mm．

2. 2試驗(yàn)裝置

圖3給出本次試驗(yàn)進(jìn)行聲發(fā)射信號(hào)采集所需要的裝置系統(tǒng)．利用聲發(fā)射傳感器采集試驗(yàn)全過程中源事件所產(chǎn)生的彈性波能，通過前置放大器放大信號(hào)并被多通道數(shù)字聲發(fā)射信號(hào)采集系統(tǒng)采集，經(jīng)過電腦上的聲發(fā)射信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別與轉(zhuǎn)化，形成試驗(yàn)全過程中可視化的聲發(fā)射數(shù)據(jù)形式．

聲發(fā)射傳感器和多通道數(shù)字聲發(fā)射信號(hào)采集系統(tǒng)的采樣精度為16位，以5 MHz波形參數(shù)實(shí)時(shí)采集．傳感器頻率帶寬22～220 kHz，靈敏度大于65 dB．前置放大器帶寬20～2 000 kHz，增益40 dB可調(diào)．

圖3　試驗(yàn)聲發(fā)射信號(hào)采集裝置系統(tǒng)

本試驗(yàn)加載裝置為微機(jī)屏顯式液壓千斤頂組合反力架(見圖4)，該裝置可用于巖石及類巖石材料的壓縮、劈裂等力學(xué)性能試驗(yàn)．該組合裝置最大試驗(yàn)力為1 000 kN，試驗(yàn)力示值相對(duì)誤差小于示值的±1%，采用以計(jì)算機(jī)為核心的全數(shù)字電液伺服控制器自動(dòng)完成既定試驗(yàn)加載過程，滿足本試驗(yàn)對(duì)加載裝置的力學(xué)要求．

圖4　試驗(yàn)加載裝置

2. 3試驗(yàn)方案

由于巖石破壞大部分為剪切破壞，所以本試驗(yàn)加載以剪切破壞為主，選擇深梁剪切破壞形式進(jìn)行加載．圖5給出深梁剪切加載方式，利用2根滾軸以一定間距支承于巖石樣本底部，頂部在2根滾軸中間位置加載荷載，理論上深梁發(fā)生純剪切破壞，受力簡單明確，并且剪切路徑沿加載荷載位置與滾軸支承的連線．試驗(yàn)步驟如下:

①將試驗(yàn)樣本安裝到加載裝置中，同時(shí)在試驗(yàn)樣本兩側(cè)安裝聲發(fā)射傳感器(見圖6)，安裝前對(duì)安裝位置進(jìn)行表面打磨，去除污濁，并涂抹耦合劑以保證信號(hào)采集的準(zhǔn)確性．

圖5　試驗(yàn)加載方案示意圖

圖6　傳感器安裝位置

②分別對(duì)試驗(yàn)樣本按圖5采用連續(xù)加載方式施加豎向荷載，控制加載速度為0. 2 kN /s(或0. 1，0. 01 kN /s，可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的大小)，直至試樣剪切破壞［9－10］．加載時(shí)同時(shí)收集記錄試驗(yàn)樣本加載至剪切破壞全過程的聲發(fā)射信號(hào)．

③整理剪切試驗(yàn)所得到的巖石聲發(fā)射信號(hào)，分析連續(xù)加載過程中聲發(fā)射信號(hào)的特征，并比較各階段信號(hào)差別，得到巖石樣本鄰近剪切破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)特征的定性描述．

3　試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

本試驗(yàn)選擇5個(gè)具有代表性的加載工況進(jìn)行加載，分別為變速加載(試驗(yàn)樣本1)、勻速加載(試驗(yàn)樣本2)、破壞形態(tài)改變(試驗(yàn)樣本3)、加載環(huán)境改變(試驗(yàn)樣本4)和尺寸改變(試驗(yàn)樣本5)．通過5個(gè)代表性樣本來分析不同情況下聲發(fā)射信號(hào)與巖石破壞過程的內(nèi)在對(duì)應(yīng)關(guān)系．聲發(fā)射信號(hào)采集過程中主要關(guān)注信號(hào)幅度與能量這2個(gè)主要參數(shù)．

每一種試驗(yàn)樣本均有3組試樣，由于3組試樣結(jié)果接近，下文中針對(duì)每一種試驗(yàn)樣本僅給出其中一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果．

3. 1試驗(yàn)樣本1

試驗(yàn)樣本1的尺寸為20 cm×20 cm×20 cm，加載方法見圖5，整個(gè)加載過程為勻速加載．由于是第1個(gè)試驗(yàn)樣本加載，為避免崩裂危險(xiǎn)，在鄰近極限狀態(tài)時(shí)加載速度減半．試驗(yàn)樣本1的最終破壞形態(tài)如圖7所示．

圖7　試驗(yàn)樣本1破壞形態(tài)

通道1(圖6(a)中左側(cè)聲發(fā)射傳感器，下同)中整個(gè)加載破壞過程聲發(fā)射記錄數(shù)據(jù)如圖8所示．由圖8(a)的幅度曲線可以看出，剪切加載初期，巖石內(nèi)部僅產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的應(yīng)力與應(yīng)變，而沒有明顯結(jié)構(gòu)裂隙產(chǎn)生，也沒有宏觀的破壞形態(tài)產(chǎn)生，此階段整個(gè)巖石仍處于彈性受力階段，此處稱之為常態(tài)階段．由于常態(tài)階段巖石所產(chǎn)生的彈性應(yīng)變?nèi)詴?huì)發(fā)出一定量的應(yīng)力波(能量波)，因此可通過采集裝置得到幅度參數(shù)，此時(shí)幅度較小且變化較為平穩(wěn)，處于常態(tài)階段范圍內(nèi)(見圖8(a) )．

圖8　試驗(yàn)樣本1聲發(fā)射記錄數(shù)據(jù)(通道1)

繼續(xù)加載巖石開始產(chǎn)生局部的第1條裂隙，此時(shí)相對(duì)應(yīng)的巖石會(huì)釋放出較大的應(yīng)力波，該應(yīng)力波導(dǎo)致幅度曲線產(chǎn)生一個(gè)較大的跳躍突變，意味著巖石由常態(tài)階段開始轉(zhuǎn)向材料破壞階段，而這一跳躍標(biāo)志著巖石受力常態(tài)至極限狀態(tài)的轉(zhuǎn)換界限，如圖8(a)中的常態(tài)－極限轉(zhuǎn)換狀態(tài)．

此后隨著加載荷載不斷增大，局部裂隙在不同地方不斷產(chǎn)生，相應(yīng)地不斷有較大的應(yīng)力波發(fā)出，通過采集裝置得到連續(xù)的幅度曲線，見圖8(a)中極限初態(tài)．這一階段局部裂隙不斷產(chǎn)生，所采集的應(yīng)力波變化幅度較大，且曲線波動(dòng)明顯，是達(dá)到最終極限狀態(tài)的初始階段或稱之為準(zhǔn)備階段．

局部裂隙不斷產(chǎn)生，最終會(huì)形成一道貫穿巖石結(jié)構(gòu)的裂縫，巖石完成從量變至質(zhì)變的過程，此時(shí)荷載已經(jīng)無法繼續(xù)加載，巖石結(jié)構(gòu)材料破壞．對(duì)應(yīng)于圖8(a)中，可以在幅度曲線末期發(fā)現(xiàn)一個(gè)較為明顯的曲線凸起，此時(shí)刻即為巖石產(chǎn)生貫穿裂縫的一瞬間，標(biāo)志著巖石的最終破壞，稱之為破壞瞬間．

圖8(b)給出試驗(yàn)樣本1整個(gè)加載破壞過程中聲發(fā)射的能量曲線．可以發(fā)現(xiàn)能量曲線與幅度曲線的變化趨勢(shì)非常接近，同樣可以明顯區(qū)分出4個(gè)狀態(tài)或階段．即巖石仍處于彈性狀態(tài)，對(duì)應(yīng)圖8(b)中的常態(tài)階段;開始產(chǎn)生第1個(gè)裂隙，發(fā)出應(yīng)力波被采集，此時(shí)對(duì)應(yīng)圖8(b)中的常態(tài)至極限狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換瞬間;進(jìn)而局部裂隙不斷產(chǎn)生，應(yīng)力波持續(xù)產(chǎn)生，所對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射信號(hào)不斷連續(xù)被采集，此時(shí)對(duì)應(yīng)圖8(b)中的極限初態(tài);最終多個(gè)局部裂隙連成一體形成一道貫穿巖石結(jié)構(gòu)的裂縫，巖石達(dá)到破壞的極限狀態(tài)，此時(shí)對(duì)應(yīng)圖8(b)中的破壞瞬間．顯然，采集的能量曲線隨時(shí)間推移，其曲線形態(tài)區(qū)分度明顯，并且能量曲線中不同曲線形態(tài)所對(duì)應(yīng)的巖石受力狀態(tài)與幅度曲線幾乎一致，每一狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間也基本相同．

由圖8中幅度曲線以及能量曲線可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)加載過程中，巖石持續(xù)加載動(dòng)態(tài)聲發(fā)射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的幅度曲線與能量曲線具有完全一致的變化特征，可以明顯區(qū)分識(shí)別巖石受力狀態(tài)的不同階段(從彈性狀態(tài)直至破壞瞬間)．即可以通過對(duì)巖石加載過程中的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并對(duì)其記錄曲線進(jìn)行特征識(shí)別，來提前判斷或預(yù)測(cè)巖石結(jié)構(gòu)破壞這一極限狀態(tài)．需要說明的是，該判斷或預(yù)測(cè)不僅針對(duì)破壞這一極限瞬間，還包括針對(duì)常態(tài)(彈性狀態(tài))至極限狀態(tài)(開始產(chǎn)生裂隙)變化時(shí)刻的識(shí)別，即該判斷或預(yù)測(cè)是分級(jí)進(jìn)行的(可以具有不同的提前量)，而不是僅針對(duì)最后一個(gè)破壞瞬間．

通道2的結(jié)果與通道1基本相同．

3. 2試驗(yàn)樣本2

試驗(yàn)樣本2尺寸仍為20 cm×20 cm×20 cm，加載方法見圖5，但與試驗(yàn)樣本1不同的是，整個(gè)加載過程勻速加載，并沒有在后期對(duì)加載速度進(jìn)行調(diào)整．試驗(yàn)樣本2最終破壞形態(tài)如圖9所示．可以看出，由于試驗(yàn)樣本2加載后期的加載速度比試驗(yàn)樣本1更快，其破壞時(shí)的開裂界面明顯比試驗(yàn)樣本1更為光滑，更接近脆性破壞．

圖9　試驗(yàn)樣本2破壞形態(tài)

通道1中整個(gè)加載破壞過程聲發(fā)射記錄數(shù)據(jù)如圖10所示．

圖10　試驗(yàn)樣本2聲發(fā)射記錄數(shù)據(jù)(通道1)

試驗(yàn)樣本2在加載過程中2個(gè)通道所采集的聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)曲線與試驗(yàn)樣本1結(jié)果非常相似，根據(jù)曲線變化特征以及發(fā)展趨勢(shì)，均可明顯區(qū)分為常態(tài)階段、常態(tài)－極限轉(zhuǎn)換狀態(tài)、極限初態(tài)以及破壞瞬間4個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)巖石受載過程中初期的彈性狀態(tài)、開始出現(xiàn)裂隙、局部裂隙不斷產(chǎn)生以及形成貫穿開裂．

另外，由于試驗(yàn)樣本2加載后期的加載速度比試驗(yàn)樣本1快，其破壞時(shí)開裂界面明顯比試驗(yàn)樣本1更為光滑，更接近脆性破壞．這一點(diǎn)從所采集的聲發(fā)射信號(hào)也可以看出，圖10中破壞瞬間的曲線變化顯然比試驗(yàn)樣本1更加強(qiáng)烈，符合其脆性的破壞形式．

3. 3試驗(yàn)樣本3

試驗(yàn)樣本3的尺寸和加載方式與試驗(yàn)樣本1相同，但不同的是，其最終破壞形態(tài)是兩側(cè)對(duì)稱貫穿開裂，如圖11所示．

圖11　試驗(yàn)樣本3破壞形態(tài)

試驗(yàn)樣本3與試驗(yàn)樣本1和2的最大區(qū)別在于其破壞形式為加載巖石兩側(cè)對(duì)稱開裂，在聲發(fā)射傳感器所采集的信號(hào)參數(shù)曲線中，其破壞瞬間均可觀察到2個(gè)依次發(fā)生劇烈變化頂峰，該頂峰分別對(duì)應(yīng)巖石2道貫穿裂縫產(chǎn)生的瞬間，如圖12所示．根據(jù)曲線變化特征能夠很好地區(qū)分出巖石加載破壞整個(gè)全過程中的不同階段，并能夠通過對(duì)不同階段的識(shí)別來實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石最終破壞的提前預(yù)測(cè)．

3. 4試驗(yàn)樣本4

為簡單模擬雨水浸泡對(duì)巖石的影響，試驗(yàn)樣本4在加載前進(jìn)行了1周時(shí)間的水箱浸泡，尺寸與加載方法同試驗(yàn)樣本1．由于巖石經(jīng)過浸泡，內(nèi)部有可能發(fā)生輕微泥化，部分位置強(qiáng)度降低，導(dǎo)致其破壞形式的開裂路徑與之前不同，如圖13所示．

試驗(yàn)樣本4與試驗(yàn)樣本1～3的最大區(qū)別在于其極限狀態(tài)(包括極限初態(tài)以及破壞瞬間)持續(xù)時(shí)間大大縮短，前3次加載試驗(yàn)的極限狀態(tài)大多持續(xù)30～40 s，而樣本4僅持續(xù)15 s左右(見圖14)．這主要是由于經(jīng)過水浸泡的巖石，內(nèi)部可能發(fā)生輕微泥化，部分位置強(qiáng)度降低，不僅導(dǎo)致其破壞形式的開裂路徑與之前不同，而且會(huì)導(dǎo)致其更加容易破壞．

即使經(jīng)過浸泡，對(duì)開裂路徑與加載時(shí)間有所改變，但根據(jù)曲線變化特征仍然能夠很好地區(qū)分出巖石加載破壞整個(gè)全過程中的不同階段，并能夠通過對(duì)不同階段的識(shí)別來實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石最終破壞的預(yù)測(cè)．

圖12　試驗(yàn)樣本3聲發(fā)射記錄數(shù)據(jù)(通道1)

圖13　試驗(yàn)樣本4破壞形態(tài)

3. 5試驗(yàn)樣本5

為觀察試驗(yàn)樣本尺寸對(duì)聲發(fā)射信號(hào)采集曲線特征的影響，以試驗(yàn)樣本1為基準(zhǔn)，減半樣本尺寸形成試驗(yàn)樣本5，具體尺寸為10 cm×10 cm× 10 cm，加載方法同圖5．由于僅改變尺寸，其破壞形式與試驗(yàn)樣本1類似．此時(shí)，通道1記錄數(shù)據(jù)如圖15所示．

圖14　試驗(yàn)樣本4聲發(fā)射記錄數(shù)據(jù)(通道1)

由圖15可以發(fā)現(xiàn)，由于試驗(yàn)樣本5的尺寸減小，在加載階段所產(chǎn)生局部裂縫以及相應(yīng)的聲發(fā)射事件也會(huì)減少，因此在采集裝置所采集到的信號(hào)參數(shù)曲線(特別是在極限階段)所包含的數(shù)據(jù)量也相應(yīng)減少．另外由于尺寸減小，加載至破壞的時(shí)間也相應(yīng)縮短．因此圖15中極限初態(tài)到達(dá)破壞瞬間的時(shí)間間隔也大大縮短．即在與之前樣本加載速度一致的情況下，試驗(yàn)樣本5僅5 s便完成極限初態(tài)而達(dá)到破壞．

顯然尺寸在一定范圍的改變，對(duì)加載破壞時(shí)間以及采集信號(hào)量會(huì)有所影響，但是曲線變化特征仍然能夠很好地區(qū)分出巖石加載破壞整個(gè)全過程中的不同階段，并能夠通過對(duì)不同階段的識(shí)別來實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石最終破壞的預(yù)測(cè)．

4　結(jié)語

基于聲發(fā)射理論，選擇在變速加載、勻速加載、破壞形態(tài)改變、加載環(huán)境改變以及尺寸改變5種情況下記錄巖石樣本破壞全過程的聲發(fā)射信號(hào)，進(jìn)而形成不同工況下聲發(fā)射信號(hào)隨時(shí)間變化曲線，并將聲發(fā)射信號(hào)隨時(shí)間變化規(guī)律與試件狀態(tài)之間關(guān)系進(jìn)行歸納與解釋．通過將實(shí)際加載過程巖石變化情況與聲發(fā)射信號(hào)曲線特征相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)利用曲線變化特征來分別識(shí)別區(qū)分巖石樣本加載破壞整個(gè)全過程中的不同階段．

實(shí)際應(yīng)用中可采集多個(gè)聲發(fā)射源的信號(hào)，判斷對(duì)應(yīng)位置的破壞狀態(tài)，并利用平面定位技術(shù)進(jìn)行聲發(fā)射源的定位，進(jìn)而將多個(gè)聲發(fā)射源連接起來形成山體滑坡面的早期形態(tài)，以此預(yù)警山體滑坡．

圖15　試驗(yàn)樣本5聲發(fā)射記錄數(shù)據(jù)(通道1)

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Fundamental experiments on landslide prediction based on acoustic emission monitoring

Xiong Wen1Wan Yihong2Hou Xuntian2Ye Jianshu1
(1School of Transportation，Southeast University，Nanjing 210096，China)
(2Highway Administration Bureau of Zhejiang Province，Hangzhou 310009，China)

Abstract:Rock specimens，sampled in field and re-shaped，were loaded by a shear force in the laboratory as a deep beam using a three-point loading method．Five cases were conducted，including the variable loading rate case，constant loading rate case，variable limit state case，variable surrounding case，and variable size case，to simulate the landslide under different conditions．The acoustic emission (AE) signals during the cracking were real-timely recorded by AE sensors and were used to create time-variant AE signal curves of different positions．By observing the characters of AE signal curves，the different cracking stages of the rock specimens could be clearly identified．The experimental results show that the monitored AE signals can provide enough information to predict the failure points during the landslide based on proper placement of AE sensors，which can further be regarded as the estimation basis to predict the early shape of the landslide．

Key words:acoustic emission; landslide; rock specimen;fundamental experiments

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51208097)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目、浙江省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012H38)．

收稿日期:2015-07-08．

作者簡介:熊文(1982—)，男，博士，副教授，wxiong@ seu．edu．cn．

DOI:10．3969/j．issn．1001－0505．2016．01．030

中圖分類號(hào):U447

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1001－0505(2016) 01-0184-07