山东科技大学赵同彬教授团队提出，岩石的主控裂纹类型对声发射和能量释放具有重要影响。在相同的破裂尺度下，剪切型裂纹释放的能量大于张拉型裂纹。相关成果以“Master crack types and typical acoustic emission characteristics during rock failure”为题发表在IJCST（International Journal of Coal Science & Technology，https://doi.org/10.1007/s40789-022-00562-5或点击文末“阅读原文”）。
声发射是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象，是材料内部由于不均匀的应力分布所导致的由不稳定的高能态向稳定的低能态过渡时产生的应力松弛状态。对于岩石破裂而言，声发射信号中蕴含了诸多关键信息，对于揭示破裂机制及能量释放规律具有重要意义。但是，对于岩石中产生的不同类型裂纹的能量，并没有在统一裂纹尺度下进行对比分析的有效方法。本文基于巴西劈裂 (BST) 、直接剪切 (DST) 和单轴压缩试验 (UCT) 的结果，探究了岩石不同类型裂纹的声发射和能量释放特征。
研究发现，不同加载方式下岩石的荷载和声发射时程特征均表现为阶段性加剧的特征。UCT中岩石产生的剪切型裂纹比例为70%~75%，DST中剪切型裂纹比例为75%~85%；BST剪切型裂纹比例仅为25%~35%，同时裂纹尺度和能量释放明显低于UCT和DST (图1) 。
图1 单轴压缩试验中岩石声发射参数演化
不同类型裂纹的声发射能量与幅值均表现出较为明显的正相关 (图2) ，但相关性存在差异。基于此提出了反映相同破裂尺度下的声发射能量大小的参数能量幅值比 (EAR) 。相同破裂尺度下剪切型裂纹产生的能量大于张拉型裂纹。
图2 砂岩试样能量-幅值分布
目前，声发射监测是岩石力学室内试验中重要的辅助测试手段，对于描述岩石试样损伤破坏、能量释放过程、失稳前兆信息等问题均有较好的效果。本项研究对于利用声发射描述不同形成机制裂缝的能量释放特征具有良好效果，对建立岩石力学与工程中破裂尺度与能量释放的关系具有参考意义。
赵同彬，山东科技大学教授，博士生导师，山东省泰山学者特聘教授，现任山东科技大学能源与矿业工程学院副院长。长期致力于矿山动力灾害预防控制的重大理论与技术研究，围绕深部资源开发开展了矿山岩石力学、冲击地压防控、巷道围岩支护等方面的应用基础研究。先后主持国家自然科学基金、国家重点研发计划等纵向科研项目10余项，获省部级及以上科研奖励16项。在Int J Coal Sci Tech、《煤炭学报》等国内外高质量学术期刊上发表论文100余篇，SCI/EI收录60余篇。
张鹏飞，山东科技大学讲师，致力于矿山岩石力学、矿山压力与岩层控制研究，参与国家自然科学基金面上项目、山东省重大科技创新工程项目等纵向课题4项，在Int J Coal Sci Tech、《岩石力学与工程学报》等国内外高质量学术期刊上发表论文12篇，SCI/EI收录8篇。
引用格式： Zhao, T., Zhang, P., Xiao, Y. et al. Master crack types and typical acoustic emission characteristics during rock failure. Int J Coal Sci Technol 10, 2 (2023). https://doi.org/10.1007/s40789-022-00562-5
