摘要：本文根据岩石声发射类型和一个试验实例，讨论了应用声发射法测量岩石先期地应力的可行性和精度。

关键词：声发射；先期地应力；测试精度
1　引言

　　确定岩体在历史上受到的最大应力（即先期应力）并据此判定岩体在天然状态下所处的应力状态一直是岩土工程所面临的问题。近年来，已有许多岩石力学工作者尝试利用岩石材料在加载过程中声发射活动的凯塞效应（Rarsereffect）估计岩石的先期应力，并通过大量的测试研究证明了分布地壳浅部的大部分岩石都具有凯塞效应［1］，也就是说，大多数岩石都与金属材料类似，具有“记忆”其受力历史的能力。但是，由于大部分岩体经受过多期构造应力，经历了多次的破裂——愈合过程，其在历史上承受的最高应力值可显著地高于岩块现今的抗压强度。正是岩体的这种漫长而复杂的受力历史，许多岩样在AE测试过程中必须出现明显的凯塞效应点。因此，许多学者都认为，只有在岩石的先期应力与其现今抗压强度的比值等于某一限值时，才有可能利用岩石的凯塞效应估计岩石的先期应力。但如何确定这一限值目前仍是有待解决的问题。

2　先期应力的判定方法

　　根据岩石试件AE活动曲线判定岩石的先期应力关键是寻找真正的凯塞效应发生点，即AE活动出现异常时所对应的荷载点。目前常用的凯塞效应发生点的判别方法有以下三种［1］。
　　（1）最大弯曲点法：由金川等人首先提出。此方法就是在直角座标系上绘制AE事件数与施加荷载的关系曲线，然后把曲线上的最大弯曲点对应的应力值作为先期应力值。此种方法适用于在加载过程中凯塞效应十分显著的岩石，如晚近期的侵入岩样或火山喷出岩。但对于经受多期构造变动的岩体则往往不适用。
　　（2）两次重复加载法：此法由吉川澄夫和茂木德夫提出。他们在研究中发现，许多岩石在第一次重复加载过程中凯塞效应不明显。因此，他们提出了一种根据多次重复加载估计岩石先期应力的方法。具体做法是在第一次重复加载后再进行一次重复加载，用两次重复加载的AE结果的差值的突然增大点所对应的应力值作为岩石先期应力最大值。此方法亦称为根据岩石AE活动性履历效应确定岩石的先行应力。
　　此方法虽然在一些岩石的比较测试中被认为是有效的，但将最大差值点作为凯塞效应点在理论上难以解释，另外所试验的岩石类型也较少，因此，此方法是否有广泛的适用性有待检验。
　　（3）切线交汇法：由Boyce提出。此方法就是在岩石AE与应力关系曲线ε对近水平静止段和线性增长段分别作切线，将两切线交点所对应的应力值判定为岩石的先期应力值。
　　在上述三种方法中，目前应用最少的是第三种方法。若AE事件数较发散，可先采用回归分析法作出AE与应力的关系曲线，然后再求其分段切线的交点。

3　利用声发射法估计高先期应力值可行性

　　前已述及，若岩石所承受的最高先期应力显著地高于期现今的抗压强度，则在测试时令凯塞效应点不明显的现象，会给先期应力的判定带来困难。
　　笔者认为，岩石最高先期应力难以估计的主要原因如下：岩石试样在单轴压缩下，由声发射累积计数与外压应力响应曲线上的斜率陡增点来判断对应应力时，应考虑岩石属于声发射全过程四种类型中的哪一种，以MOGI(I)型岩石为例，该型岩石的声发射过程可分为五个阶段：
　　1）裂纹闭合阶段；
　　2）半线型闭合阶段；
　　3）裂纹稳定生长阶段；
　　4）裂纹非稳定传播阶段；
　　5）破碎阶段。
　　这五个阶段依次转化的四个过渡点上都有声发射累积数与压应力响应曲线斜率明显改变的特点，但它们并非凯塞效应点。
　　对于致密的（Ⅲ型）岩石，也有同样的问题。
　　Ⅰ型和Ⅲ型岩石较易判断凯塞效应点的是小于第二个过渡点的应力，即处于半线性变形阶段内的应力。那么超过第二过渡点的应力会怎样？例如，属于Ⅰ型岩石的片麻岩第二过渡点的应力为抗压强度的80％时，那么，片麻岩中有高于抗压强度的80％这样的先期应力能否进行判断呢？经过试验，答案是肯定的。
　　笔者通过对斜长片麻岩超过第二过渡点的先期应力进行测试，结果证实先期应力的误差在5％以内。以一例简述如下：
　　试样为斜长片麻岩，样品两端面不平行误差为5 μm，样品直径25 mm，高60 mm，对试样施加轴向应力至190 MPa，在声发射累积计数与外加压应力响应力曲线上可以看出在175 MPa处出现第二过渡点。接着做第二次加载，当加载应力超过190 MPa，在190 MPa时出现凯塞效应点，在175 MPa附近时并无抹录不净点，试样在220 MPa压应力下破碎。该试样第二过渡点的应力为抗压强度的79.6％，用声发射测出的190 MPa时的先期应力为抗压强度的85.6％，且误差可视为0。
　　因此，运用“声发射抹录不净现象的”可辩识第二过渡点，使超过第二过渡点的先期应力仍可高精度测出。