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.842 北京科技大学学报 第30卷 缺陷的破坏，在本文中，为何刚开始对试样加载时， 试验机刚度不足及设备的灵敏性不高)，在应变软化 就有声发射活动？笔者认为是采用了常应变率加载 阶段的后期往往不能监测到声发射信号一1].实 的缘故，而未采用应变率从零开始逐渐增加到某一 验研究的这一缺陷可以被数值试验避免 常量的加载方式，这样，一旦试样被加载，对试样将 文献[17]针对弹一脆一塑性本构关系的数值试 产生一个冲击，因而部分缺陷发生破坏，应力一应变 验表明，声发射数曲线似乎彼此孤立，声发射累计数 曲线出现一定的波动，见图2~5() 曲线存在多个台阶，而本文针对弹一软化一塑性本构 由图2~5()可见，区段2所对应的应力水平大 关系的数值试验表明，声发射数曲线比较密集，声发 致等于残余应力，这是由于缺陷的强度参数与岩石 射累计数曲线比较光滑.文献[17]及本文的数值结 的残余强度参数取值相等的缘故，若缺陷的强度参 果均表明，在残余变形阶段，声发射累计数达到极限 数取值再小些，则会发现区段1及2将会比较接近， 值，不再增加 笔者认为可将区段1及2观察到的声发射现象视为 4结论 前震 3.2区段3的声发射现象一主震 随着密实岩石强度参数的提高，从应力峰值到 众多文献指出，岩石临近破坏时，声发射活动异 残余应力的应力降、轴向应变增量提高，贯通试样的 常活跃28]，这表明，当载荷达到一定值时，裂纹 剪切带出现滞后，最终发生破坏的单元数降低，当 稳定扩展，此时出现大量的声发射，当裂纹带逐渐 密实岩石强度参数较高时，缺陷全部破坏之后，密实 形成和贯通时，声发射出现阶跃，声发射达到最大 岩石不马上发生破坏；应力峰值被达到之后，破坏的 值2].这些实验现象与本文区段3的模拟结果是 单元数增长不大， 类似的，笔者认为可将区段3观察到的声发射现象 在加载过程中，在三个区段内声发射有显著的 视为主震 增加，在区段3的峰前阶段，声发射的增加源于缺 值得指出的是，区段3具有两个峰，尤其是当强 陷的长大、聚结、传播和竞争，强度参数越高，区段3 度参数较高时这两个峰较明显，这两个峰均位于峰 越长，区段3的峰值越低，在区段3，存在着声发射 值应力之前.在第1个峰与第2个峰之间，有一声 相对平静阶段，这对于工程岩体稳定性预测具有重 发射低潮区.这一数值模拟结果与一些文献[13- 要的意义， 14]观察到的结果有类似之处.文献[13]指出，岩样 参考文献 在试验接近峰值强度时单位时间内的应力增长速度 减小，声发射事件率出现明显下降，即出现相对平静 [1]Vermeer P A.The orientation of shear bands in biaxial tests Geotechnique,1990,40(2):223 阶段，文献[13]还指出，一些岩石试样在破坏前，其 [2]Vardoulakis I.Shear band inclination and shear modulus of sand 声发射事件率出现明显下降的现象，这一特点可以 in biaxial tests.Int J Numer A nal Methods Geomech,1980.4 用来解释现场岩体声发射监测时，在岩爆、冒顶片帮 (2):103 发生前出现声发射事件相对平静期的现象，它对于 [3]Tang C A.Kou S Q.Crack propagation and coalescence in brittle 工程中的岩体稳定性声发射监测预报、提高预报的 materials under compression.Eng Fract Mech.1998.61(3/4): 311 准确性具有重要的指导作用和实际应用价值，文献 [4]Fang Z.Harrison J P.Development of a local degradation ap- [18]发现，大破裂前夕声发射信号与外载信号间调 proach to the modeling of brittle fracture in heterogeneous rocks. 制关系的紊乱，这与材料在进入自驱动阶段后对外 Int J Rock Mech Min Sci.2002.39(4):443 载的敏感性变弱及动力学失稳前的加卸载响应比下 [5]Wang X B.Effects of initial cohesions and friction angles on entire 降具有相同机制 deformational characteristics of rock specimen.Shenyang Jianzhu Unin Nat Sci,2005.21(5):472 3.3区段3之后的声发射现象一余震 (王学滨·初始内聚力及摩擦角对岩样全部变形特征的影响 本文的数值结果表明，区段3之后（即残余变形 沈阳建筑大学学报：自然科学版，2005,21(5)：472) 阶段)，仍有零星的声发射活动，这些十分微弱的声 [6]Wang X B.Effects of shear dilatancy on entire deformational 发射活动视为余震 characteristics of rock specimen.JSichuan Univ Eng Sci.2005. 石灰岩临近峰值应力时，声发射事件率出现明 37(5):25 显下降的现象与本文的模拟结果类似，见图3~ (王学滨，剪胀对岩样全部变形特征的影响.四川大学学报： 工程科学版，2005,37(5)：25) 5():矽卡岩声发射累计数曲线]与图6中方案2 [7]Wang X B.Effect of softening modulus on entire deformational 及3的模拟结果有相似之处，限于实验条件（例如， characteristics of rock specimen.Chin J Geotech Eng.2006,28缺陷的破坏．在本文中为何刚开始对试样加载时 就有声发射活动？笔者认为是采用了常应变率加载 的缘故而未采用应变率从零开始逐渐增加到某一 常量的加载方式．这样一旦试样被加载对试样将 产生一个冲击因而部分缺陷发生破坏应力－应变 曲线出现一定的波动见图2～5（i）． 由图2～5（i）可见区段2所对应的应力水平大 致等于残余应力这是由于缺陷的强度参数与岩石 的残余强度参数取值相等的缘故．若缺陷的强度参 数取值再小些则会发现区段1及2将会比较接近． 笔者认为可将区段1及2观察到的声发射现象视为 前震． 3∙2 区段3的声发射现象－－－主震 众多文献指出岩石临近破坏时声发射活动异 常活跃［12－18］．这表明当载荷达到一定值时裂纹 稳定扩展此时出现大量的声发射．当裂纹带逐渐 形成和贯通时声发射出现阶跃声发射达到最大 值［12］．这些实验现象与本文区段3的模拟结果是 类似的．笔者认为可将区段3观察到的声发射现象 视为主震． 值得指出的是区段3具有两个峰尤其是当强 度参数较高时这两个峰较明显．这两个峰均位于峰 值应力之前．在第1个峰与第2个峰之间有一声 发射低潮区．这一数值模拟结果与一些文献［13－ 14］观察到的结果有类似之处．文献［13］指出岩样 在试验接近峰值强度时单位时间内的应力增长速度 减小声发射事件率出现明显下降即出现相对平静 阶段．文献［13］还指出一些岩石试样在破坏前其 声发射事件率出现明显下降的现象这一特点可以 用来解释现场岩体声发射监测时在岩爆、冒顶片帮 发生前出现声发射事件相对平静期的现象它对于 工程中的岩体稳定性声发射监测预报、提高预报的 准确性具有重要的指导作用和实际应用价值．文献 ［18］发现大破裂前夕声发射信号与外载信号间调 制关系的紊乱这与材料在进入自驱动阶段后对外 载的敏感性变弱及动力学失稳前的加卸载响应比下 降具有相同机制． 3∙3 区段3之后的声发射现象－－－余震 本文的数值结果表明区段3之后（即残余变形 阶段）仍有零星的声发射活动这些十分微弱的声 发射活动视为余震． 石灰岩临近峰值应力时声发射事件率出现明 显下降的现象［14］与本文的模拟结果类似见图3～ 5（i）；矽卡岩声发射累计数曲线［15］与图6中方案2 及3的模拟结果有相似之处．限于实验条件（例如 试验机刚度不足及设备的灵敏性不高）在应变软化 阶段的后期往往不能监测到声发射信号［15－16］．实 验研究的这一缺陷可以被数值试验避免． 文献［17］针对弹－脆－塑性本构关系的数值试 验表明声发射数曲线似乎彼此孤立声发射累计数 曲线存在多个台阶而本文针对弹－软化－塑性本构 关系的数值试验表明声发射数曲线比较密集声发 射累计数曲线比较光滑．文献［17］及本文的数值结 果均表明在残余变形阶段声发射累计数达到极限 值不再增加． 4 结论 随着密实岩石强度参数的提高从应力峰值到 残余应力的应力降、轴向应变增量提高贯通试样的 剪切带出现滞后最终发生破坏的单元数降低．当 密实岩石强度参数较高时缺陷全部破坏之后密实 岩石不马上发生破坏；应力峰值被达到之后破坏的 单元数增长不大． 在加载过程中在三个区段内声发射有显著的 增加．在区段3的峰前阶段声发射的增加源于缺 陷的长大、聚结、传播和竞争．强度参数越高区段3 越长区段3的峰值越低．在区段3存在着声发射 相对平静阶段这对于工程岩体稳定性预测具有重 要的意义． 参 考 文 献 ［1］ Vermeer P A．The orientation of shear bands in biaxial tests． Géotechnique199040（2）：223 ［2］ Vardoulakis I．Shear band inclination and shear modulus of sand in biaxial tests．Int J Numer A nal Methods Geomech19804 （2）：103 ［3］ Tang C AKou S Q．Crack propagation and coalescence in brittle materials under compression．Eng Fract Mech199861（3／4）： 311 ［4］ Fang ZHarrison J P．Development of a local degradation approach to the modeling of brittle fracture in heterogeneous rocks． Int J Rock Mech Min Sci200239（4）：443 ［5］ Wang X B．Effects of initial cohesions and friction angles on entire deformational characteristics of rock specimen． J Shenyang Jianz hu Univ Nat Sci200521（5）：472 （王学滨．初始内聚力及摩擦角对岩样全部变形特征的影响． 沈阳建筑大学学报：自然科学版200521（5）：472） ［6］ Wang X B．Effects of shear dilatancy on entire deformational characteristics of rock specimen．J Sichuan Univ Eng Sci2005 37（5）：25 （王学滨．剪胀对岩样全部变形特征的影响．四川大学学报： 工程科学版200537（5）：25） ［7］ Wang X B．Effect of softening modulus on entire deformational characteristics of rock specimen．Chin J Geotech Eng200628 ·842· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷