摘 要：岩石声发射活动主要是由岩石内部裂纹的产生、扩展及断裂产生的。采用二维裂纹构形，运用断裂力学理论，导出了加载速率与裂纹扩展的关系。理论推导表明：对于岩石裂纹扩展产生的声发射活动，试验加载速率越大，裂纹越容易实现失稳扩展，声发射活动越强烈。试验证实了理论推导结果。
关键词：加载速率; 声发射; 裂纹; 失稳扩展
0　　引　　言
岩石力学试验中，试验加载速率对试验结果会产生较大影响。例如，一般认为，加载速率大，则岩石抗压强度大。同样，在岩石声发射试验中，加载速率对试验结果也会有影响。
加载速率对试样声发射活动有何影响，有关学者对此作了一些研究。周楚良等对砂岩进行了5MPa/min和 15MPa/min两种加载速率的对照试验，发现随加载速率的增加，AE 趋向于在破坏极限时发生。席道瑛[1]研究了加载速率对岩石力学性质及声发射率的影响，加载速率分别为：0.02mm/min、0.2mm/min、1mm/min和 6mm/min，试验结果表明：岩石的 AE率随加载速率的增加有急剧的增加。
由于声发射的产生与岩石内部裂纹的产生、扩展及断裂过程有关，寻求加载速率对岩石声发射活动产生影响的实质，必然要从岩石裂纹的力学行为入手。本文用断裂力学理论，对岩石内部裂纹扩展产生声发射作了分析，以期对加载速率影响岩石声发射活动的实质作一探讨。
1　　理论推导
1.1　断裂力学模型的建立
图 1 所示为一般加载条件下的任选二维裂纹
构形。P、?T为试验机上读出的荷载与位移；P 与 ?为试件的实际荷载与端点位移；CM为试验机柔度，定量描述加载方式；a 为裂纹长度；C(a)表示与裂纹长度有关的试件柔度，与加载系统和荷载大小无关，仅由试件几何和弹性常数确定；B 为试件厚度。

根据断裂力学的有关理论，当裂纹处于临界状态时，需要用下述稳定条件来判定该裂纹是失稳扩展还是扩展中止。

1.2　结果分析

由(12)式可知：加载速率 P& 越大，不等式左边越大，越容易大于不等式右边，也就是说越容易实现裂纹失稳扩展；反之，加载速率 P& 越小，不等式左边越不容易大于不等式右边，也就是说裂纹越不容易实现失稳扩展。（推导过程中假定 P&& =0，即认为是平稳加载过程。）
岩石的声发射主要是由裂纹的产生、扩展及断裂产生的，因此，加载速率必然会通过影响裂纹的扩展来影响岩石声发射活动。试验加载速率越大，裂纹越容易实现失稳扩展，就必然会产生较多的声发射活动；相反，试验加载速率越低，裂纹越不易发生失稳扩展，试样产生声发射活动的可能性就越小。
2　　试验结果
试样为旗山矿 3 号煤，试件规格Φ50mm×100mm，在普通材料试验机上进行加载，试件中部表面安装四个声发射探头。采用的声发射仪是沈阳制造的 AE-04 型，有 4 个 AE 通道，3 个模拟输入通道，能输出振铃、能率、幅度等多种 AE参数及分布图。
岩石的声发射活动具有阶段性，在岩石的压密阶段，声发射主要由裂缝的闭合产生；在线弹性阶段，声发射活动很少甚至没有；在裂纹扩展和材料破坏阶段，产生大量声发射活动。因此，研究加载速率对声发射活动的影响时应研究岩石接近破坏时的声发射活动。同时，从工程上来讲，用声发射活动作预警指标时，采用的是材料接近破坏时的声发射活动。

时的事件率，可以看出：随着加载速率的增加，声发射活动趋向于群震型，并且声发射事件率明显增

加，特别是在煤接近破坏时尤其明显。也就是说，加载速率越大，越容易产生声发射活动，这与理论
分析结果一致。
3　　结　　论
（1）岩石声发射活动与岩石内部裂纹的产生、扩展及断裂过程有关，试验加载速率通过影响裂纹的产生与扩展来影响岩石声发射活动的产生。
（2）从理论上证明了加载速率影响岩石声发射活动的机理：对于因裂纹的扩展而产生的声发射活动，试验加载速率越大，裂纹越易于发生失稳扩展，从而产生较多的声发射活动。并且在试验中得到了证实。
（3）试验加载速率如何确定，还需要理论和实践的进一步研究，对于其他声发射源的情况，也还要作进一步的研究。