基于声发射原理的原岩应 基于声发射原理的原岩应 力 测 量 方法 和 测试装置

本技术基于声发射原理进行原岩应力测试的一种方法。声发射发又称凯塞效应法，是岩

石材料的凯塞效应来测量岩体原岩应力的一种方法。材料在受到外载荷作用时，期内部储存

的应变能快速释放产生弹性波并发生声响的现象。1950 年，德国学者凯塞发现，受单向拉

伸作用的材料在应力未达到材料的最大先期应力时，不会出现明显的声发射现象，但应力达

到或者超过历史上所受的最大值之后，声发射率明显增加，这种现象称为凯塞效应。从很少

产生声发射到大量产生声发射的转折点就是凯塞效应点，凯塞效应点的应力即为材料在历史

上受到的最大应力。后来，古德曼在 20 世纪 60 年代初通过实验验证了材料具有凯塞效应，

从而为应用这一技术测定岩石应力奠定了基础，根据凯塞效应，如果从原岩中取回定向岩芯

制成岩石试件，通过对加工好的取自不同方向的岩石试件进行加载声发射实验，并测定凯塞

效应点，即可找出每个岩石试件先前受到的最大应力值，进而可以求出取样点的三维应力状

态。目前进行原岩应力的方法主要有直接测量法和间接测量法两大类，直接测量方法包括扁

千斤顶法、水压致裂法等，间接测量方法主要有应力解除法等，这些方法中一般需要进行大

量的钻孔、装配测试传感器和测定等工程工序，工程量大，如果在地下空间进行原岩应力测

试，空间相对狭小，施工不方便，也不易实现大规模、大区域内的原岩应力测量。

本技术进行原岩应力测量和现在所有方法相比，地下空间进行测量时，只需在测量地点

进行一次水平取芯便能完成现场工作，方法简单，余下少量的测量和计算工作均在实验室内

完成，加快了原岩应力测量的工序进行，减少了在地下空间的工作时间，大大减少了测量费

用，特别适合大面积多点区域内的原理应力测量，而且比较其它原岩应力的测量方法，成功

率明显提高，使得测量工作更易控制和操作，因此本技术是原岩应力测量中一种施工方便、

工期缩短、成功率高的原岩应力测量方法。