1引言
岩体从稳定到破坏的变化发展阶段会发出不同的声发射信号，岩体声发射信号波形在一定程度上反映了岩体结构特征及其破坏过程，根据波形特征可对岩石(或结构)的检测结果进行稳定安全评价。声发射监测的目的在于发现岩体和得到有关岩体周围尽可能多的信息，通过对监测到的声发射信号波形分析，可以得到岩(石)内部声发射源的大量信息。找出声发射源的位置、了解它的性质、判断它的危险性，能很好地跟踪岩土安全动态变化过程，为安全生产提供预报信息，减少损失，也为采场的安全管理提供一种科学简便的新方法。
1声发射信号波形的采集
1．1 室内岩石声发射信号波形测试系统
试验时选取白银公司某矿节理裂隙少、未风化的岩石石英角斑凝灰岩样，将其加工成4个西50 mm×100 mm的圆柱体，放在MTS刚性材料试验机上试验，如图1所示。
试验时保持加载过程与声发射监测同步。对加载系统采用轴向变形位移控制加载，变形速率为10～6 m／s，加载过程中用DYF一1型智能声发射仪监测声发射参数。监测过程中，声发射仪能自动将监测数据及时保存在特制的“RAM盘”中并通过计算机的输出接口将仪器中保存的数据资料传输给计算机，以便进一步处理、统计数据。试验研究的目的在于确定岩石变形破裂过程中声发射信号波形的特征规律和变化趋势。
1．2 室内测试岩石声发射信号波形
试验岩石声发射信号波形较多，部分岩样声发射原始波形如图2所示。
1．3现场监测岩体声发射信号波形
某矿主体采矿方法为机械化上向巷道式尾砂胶结充填法。中段高度为60 m，采场一般沿走向布置，长为100m150 rn。矿石包括块矿和浸染矿2种类型。采场矿岩节理、断层发育，块矿较稳固，但凝灰岩、浸染矿及其与块矿接触带岩性较差，开采过程中地压显现十分复杂，采场冒顶片帮事件频繁。尤其是在穿脉与进路的岔口和浸染状矿体内断层处更为明显。采场失稳主要受结构面及节理控制，针对该情况，笔者应用岩体声发射监测技术，对该矿部分采场实施冒顶片帮监测预报。
岩体声发射活动信息的采集是通过AE传感器实现的，采场内共布置3个传感器，1620分层750巷道式采场测试方案及测点布置如图3所示。
图3中，在靠近3条进路工作面各布置1个监测探头，由于矿岩分布的差异，1#测点布设在块矿中，而2#、3#测点分别布置于浸染矿和凝灰岩中。采场E3进路监测期间抽样的岩体声发射波形如图4所示。
2噪声信号的数据采集
在现场监测过程中，存盘记录数据文件共计77组，其中包括一些噪声信号。现场监测接收到的噪声波形主要有：电火花源噪声波形、爆破噪声波形和凿岩噪声波形，如图5所示。
3声发射信号波形分析
3．1 室内声发射波形分析
室内岩石试验声发射信号波形较多，这里只分析岩样抽样的声发射信号波形。声发射信号是直接反映岩体自身变化的动力学参数，为检测岩体的稳定性提供客观标准。不同类型的岩石，随着应力的增加破坏程度加剧，体积膨胀增大加速，声发射不连续现象明显增大，临近破坏时声发射频度达到最大值，大振幅的声发射信号明显增多。
一个声发射信号通常由若干个不同类型的波组成，图2说明了在不同的破坏阶段，声发射信号的波形是不同的：由于岩体的不均匀性和各向异性，不同类型的波在介质中具有不同的速度，随着传播距离的增加，其波阵面就会分离，由于受到岩石界面的多次反射和折射，也会产生更多的波成分，所以接收和放大以后得到的声发射信号通常是一种复杂化了的波形。图2也表明，在不同的测试阶段，声发射信号的最大幅值发生变化，幅值包络图呈现不同形状，包络图前沿有缓陡差异；波形形成时间的延迟不同，在时间轴上波形展开长度也不同；声发射事件的持续时间在0．15～10 ms之间，信号最大振幅(峰一峰值)变化的范围很大，可以从几毫伏到10 V，振幅变动为10～20倍，信号的间隔时间一般在几百毫秒以上。随着应力的增加，主频带有向较高频率移动的趋势，波形随时间轴展开逐渐变长，随着信号传播距离的增加，幅值降低，这种信号越多，说明岩石越接近破裂。
3．2现场声发射波形分析
从图2和图4可看出，监测期间抽样声发射信号波形规律与室内声发射波形规律一致，岩体受力破坏过程是一个能量累积过程，也是声发射事件经历活跃期、沉寂期、复活期的过程。图4(b)中很清晰地显示出稳态岩体的声发射是一种比较平稳的随机信号，说明该状态岩体内部暂时没有新的损伤扩展，岩体承受的压力还没有超过岩石的极限承载力，此时声发射主频较低，这也与声发射参数统计结果相符，这种信息可以作为岩体稳态的信号特征；图4(c)说明岩体处于发展变化阶段，波形从图4(b)到图4(c)幅值逐渐增加，波形在时间轴相对延迟；图4(d)随着时间轴伸展，波形幅值逐渐增大到最大后降低，这说明岩体处于危险阶段，这时就不能麻痹大意，很多事故发生在这一阶段，应引起注意。
3．3现场噪音信号波形分析
从图5可看出噪声波形幅值突然增加，然后很快降低平静下来，能量的衰减较快，现场测试的不同噪声信号波形随时间轴延迟相差不大，噪声信号的不一致性在2个相邻的层按照倍率关系递减。
现场声发射信号波形显示出岩体的发展经历了危险阶段——稳定阶段——破裂阶段——危险阶段——稳定阶段的循环往复，同时波形也揭示了在现场监测过程中存在的环境噪声信号使真正的岩体声发射信号波形变得较为复杂。
4结语
声发射波形分析能够很好地显示：(1)岩石从稳定阶段到破裂阶段所产生的声发射信号的最大幅值从低到高、包络图由缓变陡、持续时间有短及长；应力逐渐达到或超过破坏强度时，岩体释放较多能量，这时岩体开始出现大的和不连续的裂缝。(2)声发射活动较弱时频率越靠近低频，声发射活动显著时频率越靠近高频；随着信号传播距离的增加，振幅降低。(3)岩石破裂过程中的状态不同，声发射的主频不断发生变化，声发射事件波形随之波动，波形特征逐一表现出来，信号表现的高频的噪声信息和信号表现出来的低频声发射信号也一一显示出来。
总之，通过对室内和现场的波形分析表明，波形分析方法是一种完全基于时域的分析方法，信号在时域某个时刻发生的变化，会引起岩体内部微结构的变化，岩体内部微结构的变化更能反映出岩体破裂过程变形的特征规律。从声发射信号得出岩石变形破裂过程中的特征规律，可以有效预测预报岩石的稳定状态和发展趋势，使工程实践更具可靠性。
参考文献：
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