摘要：滑坡问题不仅对生产安全造成威胁，有的甚至对当地脆弱的生态环境造成极大破坏，因而边坡稳定监测具有重要意义。边坡稳定的声发射监测在现场得到一定应用，但相关的基础研究却非常薄弱。实验研究了岩石剪切破坏过程的声发射活动特征和相似材料单轴压缩过程的 AE 活动特征，利用相似材料模型模拟了滑坡过程并进行了声发射监测。实验研究结果可以为现场监测中传感器的布设、临界参数的确定等提供依据。

关键词：滑坡；声发射；实验研究；相似材料
1 滑坡的危害及其监测
我国西北、西南以及部分山区、丘陵地区存在许多天然土质和岩质边坡。由于植被破坏等原因，边坡产生失稳或失效导致滑坡，常常造成堵塞交通、堵江崩岸等灾害，有的甚至对当地的生态环境造成极大破坏[1]。在交通、水利、水电、露天矿山等部门也存在大量边坡，对生产安全是一个严重的隐患。
研究认为[2]，滑坡是一个滑坡体孕育、发展直到最后发生的过程，是长期的、时断时续、时强时弱的非稳态的，具有明显活跃期和相对稳定的交替过程。从这个角度来说，滑坡是可以预测预报的。滑坡的预测预报方法有多种，如测形变、测应力、温度和渗流观测、遥感勘测、以及声发射监测等等。在这些监测方法中，声发射监测法具有动态实时监测的优点，可以对破坏点进行定位，而且便于信息传输，因而受到人们的广泛重视[3～5]。
尽管声发射技术在边坡稳定方面得到了一定的应用[6]，但是滑坡体滑动全过程声发射特征的模拟研究和岩石的声源定位研究等基础研究方面仍需做大量深入的工作。本文针对这一方面研究很少的现状，实验研究了岩石剪切破坏过程的声发射特征和相似材料单轴压缩过程的 AE 活动特征，利用相似材料模拟了滑坡过程并进行了声发射监测，以期引起广大研究人员对这方面研究工作的重视。
2 岩石剪切试验的 AE 活动
滑坡体发生滑坡的影响因素可以归为内在因素和外在因素。内因主要指滑坡体的岩性、岩石强度、斜面的岩体完整性及破碎程度和主控面（弱面）的力学性质（抗剪强度）等。滑坡体的破坏以剪切破坏为主，因此，研究岩石剪切破坏过程的 AE 活动特征，对于滑坡体破坏进程的识别以及破坏发生位置的定性判别均具有重要的理论意义和应用价值。
2.1 石灰岩和花岗岩剪切试验的 AE 活动特征
采用 AET－5500 八通道声发射仪，对石灰岩和花岗岩的标准试件（50 mm×50 mm×50 mm）进行
剪切试验并记录 AE 信号，各选取 1 个具有代表性的试验成果进行分析。

图 1 和图 2 分别是石灰岩和花岗岩剪切测试的AE 成果。从图中可以看出，两种岩石剪切破坏全过程均有明显的 AE 活动，起始较早，在接近极限破坏时出现较大幅度的信号，释放出较大的能量。

2.2 石灰岩和花岗岩剪切测试 AE 成果的意义
（1）两种岩石剪切破坏全过程均有明显的 AE活动，因此滑坡的声发射监测是可行的。同时，岩石在接近极限破坏时出现较大幅度的信号，释放出较大的能量，因而对滑坡体主破裂的预报是可能的。
（2）石灰岩和花岗岩作为沉积岩和火成岩的代表，各自的 AE 活动具有明显区别。在整个剪切破坏过程中，花岗岩的 AE 活动明显比石灰岩的要多。其它试验成果也同样表明，不同种类岩石具有不同的 AE 活动特征。依据这一特点，可以进一步分析建立 AE 活动特征与岩石种类之间的对应关系，在对边坡进行声发射监测时，根据接收的 AE信号的特点，可以判断信号是由何种岩体发出的，再结合边坡地质钻孔柱状图中岩性的分布，可以进行滑坡体破坏发生点定位的定性判断。
（3）两种岩石临近主破裂发生前均出现 AE活动急剧增加，随后又明显减少，随之发生主破裂的现象。石灰岩在应力达到岩石强度的 74％左右时出现 AE 活动急剧增加，而花岗岩发生在应力达到岩石强度的 90 %左右时。这给滑坡体失稳的临界预报增加了难度，需要进一步深入研究产生这种现象的机制及其规律。
3 相似材料单轴压缩的 AE 活动特征
相似模拟是解决工程问题经常采用的方法之一。对于滑坡的声发射监测，在实验室条件下进行相似模拟试验模拟滑坡发生全过程，分析不同条件下边坡失稳全过程的特征，确定敏感参数临界判断的时间段和临界值，以及印证现场观测结果等均具有重要意义。

相似材料采用水泥、石膏、砂子比为 3∶5∶2，制成Φ50×100 mm 的标准试件。所用声发射仪为AET－5 500。图 3 是相似材料的单轴压缩 AE 测试成果。AE 活动特征为：当载荷应力加到极限强度的 10 %时就出现 AE活动，直至破裂，在接近极限破坏时，AE 活动减少，能量也较小。这是结构较疏松、强度较低的材料破裂时的 AE活动特征。
相似材料的单轴压缩过程中产生较强的 AE 活动，表明相似材料模拟滑坡过程进行 AE 监测是可行的。同时，相似材料单轴压缩过程中的 AE 活动与天然岩石的 AE 活动特征有明显区别，这反映了相似材料与天然岩石组构上的差别。
4 相似材料模拟滑坡过程的 AE 监测
4.1 边坡模型的制作
边坡模型采用相似材料配制而成，砂子、水泥与石膏比为 4∶6∶4，其单轴抗压强度为 0.2MPa左右。模型尺寸为：高 800 mm，宽 200 mm，顶宽400 mm，斜长为 990 mm，在模型内部预置滑坡弱面。在顶部加载千斤顶布设测力传感器 PA1，布设测位移传感器 2 个，其中垂直位移设一个 PA2，水平位移设一个 PA3。PA1、PA2 和 PA3 分别接入声发射仪的模拟通道，建立这些参数的测试结果与AE信号变化的关系。声发射传感器布设 8 个，布设位置如图 4 所示，均布在边坡模型的滑移线附近。

试验由顶部千斤顶逐渐加载直至产生滑坡移动，载荷大小、滑坡体的垂直和水平位移均由传感器测得，同时测得 AE信号。[/mem]
4.2 声发射测试成果及分析
载荷加至极限值时，垂直位移不明显，水平位移较大，约为 3.2 mm。当位移持续增加，滑坡体已开始滑移，载荷反而下降至零，垂直和水平位移急剧增长。在保持 2.5 分钟的“平静期”后，随着载荷的少许变动，即产生急剧的移动。
随着边坡滑移速度的变化，相应地 AE 事件的发生也不断上升，如图 5、6 所示。在最后突变位移产生及 AE事件激增前，也有声发射的“平静期”。产生滑坡时，先在顶部拉开，因此，1＃、2＃、3＃探头接收到声发射信号较强。
从试验中可以看出：
（1）边坡失稳过程中滑坡体的位移（水平与垂直）变化趋势与监测到的 AE 事件的变化趋势是一致的，当临近滑坡发生时位移和 AE 事件均发生突变。因此完全可以利用相似材料模型来模拟边坡的失稳过程。

（2）与岩石剪切试验一样，相似材料模型的失稳—滑移过程中也出现了主破裂前的“平静期”。这是岩石能量的积聚过程，并非真正的“平静”。
（3）声发射源定位结果表明，模型上部首先拉开，在现场应用时，应结合相似模拟研究分析滑坡体首先破坏点的可能位置，以备布设 AE 传感器时参考。
5 结论与讨论
（1）岩石剪切试验的全过程均有明显的 AE活动，临近极限强度时出现较大幅度的信号；不同岩石 AE 活动明显不同，可以作为滑坡体破坏发生点定位的定性判断依据。
（2）相似材料的单轴压缩过程中出现较强的AE 活动，与天然岩石的 AE 活动有明显区别。
（3）相似材料模拟边坡失稳过程是完全可行的，研究表明，实验研究可以为传感器布置、临界参数的确定等提供依据或参考。
（4）需要进一步深入研究的内容有：滑坡发生的 AE 最敏感特征量的研究，临界预报参数的确定等。
参考文献（略）