岩石凯塞效应的消散规律及其应用研究

测定地应力是深部岩体工程的一项重要工作。利用岩石声发射的凯塞效应测量地应力具有简便、快速、经济、便于大量试验等优点，但是这种方法有一个严重缺陷：岩样脱离岩体后，其对先期地应力的记忆能力是否随时间推移而削弱甚至消失对试验结果的准确性影响很大。本项目将针对重庆地区广泛分布的砂岩进行试验，利用钢件或类岩石材料对设备进行调试，在解决试验中的噪音干扰、传感器与试样的耦合、采集过程中声发射参数与应力应变参数的时间同步问题等问题的基础上，考察不同时间延迟对岩石凯塞效应的影响，并力求将这种影响程度定量化，用以修正室内试验结果，进而指导工程实践；创新性主要体现在：首次将岩石凯赛效应的消散程度定量化；在解决试验过程中声发射参数与应力应变参数采集不同步的基础上，由岩石变形破坏特征及其对应的声发射活动规律，探索岩石凯塞现象消散所对应的真正的物理含义。

利用岩石声发射的凯塞效应测量地应力（Kaiser Effect）是近几十年来发展起来的一种简便、快速、经济的地应力测量方法，但是这种方法有一个严重缺陷：岩样脱离岩体后，其对先期地应力的记忆能力是否会随时间而削弱或消失对试验结果的准确性影响很大。本项目分别针对重庆砂岩、大姚铜矿石灰岩、葡萄牙粗晶花岗岩和浅灰色硅质板岩进行了声发射（Acoustic Emission）试验研究，对岩石凯塞效应随时间的消散规律进行了探索，完成了时间延迟对Kaiser效应影响程度的定量化表达，并进行了工程实例验证。主要结论有：（1）采用试验初期反复加卸微小荷载、采用真空脂耦合剂、使用橡皮筋固定、设置合适的门槛电平等措施可以达到降噪的目的；（2）采用斜率门槛法和逐点全局双线性回归分析法进行岩石凯塞点的判断效果较好；（3）劈裂试验条件下岩石的凯塞效应很明显，施加荷载越接近极限强度压力，岩石的 值越小，时间延迟15 d以后岩石的凯塞效应仍然很显著，45 d以后岩石的凯塞效应基本消失；单轴压缩试验条件下岩石凯塞效应随时间同样会有所消散，45d以后岩石的 值削减50%；（4）在同一个试样上实现了同时利用AE法和DRA法测定地应力，消除了试样差异对试验结果的影响；（5）对岩石凯塞效应的消散机理进行了初步解释，凯塞效应消散程度与其所处的荷载阶段有关。项目研究可进一步提高地应力测试精度，对指导深部岩体工程生产实践和完善岩石凯塞效应的理论研究有重要意义。