左江江等：充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究 ·779· 和差异，与裂纹的发展密切相关.为表征非均质性 裂纹未得到发展.在弹性阶段后期出现第一次应力 的影响，可以用离散系数山（为两组数据的差值与 降低时，振铃计数明显上升，且在附近多次出现声发 其平均值的商，以百分数表示)来分析.S2-2和S2- 射现象，与试验观察到的现象相符.随后产生的裂 3峰值应力平均值为107.47MPa,离散系数为 隙扩展得到抑制，应力又开始上升，声发射产生频率 8.62%,差异较小：对应的峰值应变离散系数为 及振铃计数降低.在达到峰值应力后，试件屈服破 24.28%,差异较大 坏，试件内部裂纹开始发展，直到贯通形成宏观裂 2.2含孔洞大理岩声发射特征 纹，并伴随着激烈的声发射现象，声发射频率及振铃 声发射是一种能有效地监测岩石内部破坏的手 计数幅值增加，其幅值大小与第一次声发射幅值相 段，在研究预制裂隙岩样的裂纹扩展中也屡有成 当.整体声发射特征表现为先升后降，第一次裂隙 效[1，).图4(a)为S2-2试件单轴压缩过程中声发 发展后，又开始降低，随着试件最终失稳破坏的过 射与轴向应力对应的关系图.可以看出，在裂隙压 程，声发射振铃计数保持较高幅值，试件丧失承载力 密阶段及弹性变形阶段声发射振铃计数较小，内部 后声发射消失. 120[( 120000 120(b) 120000 100 一轴向应力 100000 100- -轴向应力 100000 ·一振铃计数 ·一振铃计数 80000 80 80000 60 60000 60 60000 40 40000 40 40000 20 20000 20 20000 06 100200300400500600700 90204006080010120140 0 时间/s 时间/s 图4含孔洞大理岩试件轴向应力及声发射对应图.(a)S2-2试件：(b)S2-3试件 Fig.4 Corresponding diagram of the axial stress and acoustic emission of the hole-bearing specimens:(a)S2-2 specimen;(b)S2-3 specimen 图4(b)为S2-3试件单轴压缩过程中声发射与 125m 轴向应力对应的关系图.在裂隙阶段及弹性变形阶 F1-1 段未产生明显的声发射现象.但在峰值前弹性阶段 100 -F1-2 后期，振铃计数明显增大，对应的应力幅值也有所降 75 低，幅度不大，孔洞周围裂隙得到发展.在峰值屈服 后应力降低时，出现一次声发射现象，幅值比第一次 50 有所增加，裂纹扩展程度更大.在变形局部化过程 中每一次声发射的振铃计数幅值都比上一次大，有 25 逐渐增加的趋势.整体而言，伴随着试件的逐步失 稳破坏，S2-3试件声发射特征表现为振铃计数逐步 0.2 0.40.60.81.012 轴向应变，% 增加的趋势. 图5孔洞充填条件下大理岩单轴压缩试验应力-应变曲线 3孔洞充填条件下强度与力学特征 Fig.5 Uniaxial compression stress-strain curve of each specimen with the hole filled 3.1孔洞充填条件下力学特征 对预制孔洞的大理岩进行充填，其表现出的力 F1-1试件初期经历了裂隙压密阶段，内部裂隙 学性质与特征如图5所示，破坏后试件裂纹特征如 被压实.随后，试件进入弹性变形阶段，试件的变形 图6所示.充填物采用建筑用的石膏粉制成，根据 速率与应力迅速增长.在峰前短暂的非线性弹性变 同等配比石膏粉的抗压特性测试，其抗压强度约为 形后，试件达到单轴抗压强度的峰值，幅值为 2.75MPa.充填条件下大理岩的应力-应变曲线也 108.26MPa,应变为0.86%.此后，试件屈服破坏， 表现出四个阶段：裂隙压密阶段、弹性阶段、变形局 抗压能力减低，孔洞周围裂纹扩展程度更加剧烈. 部化阶段和屈服破坏阶段. 变形局部化初期表现出与S2-2相似的形式，应力左江江等: 充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究 和差异,与裂纹的发展密切相关. 为表征非均质性 的影响,可以用离散系数[1] (为两组数据的差值与 其平均值的商,以百分数表示)来分析. S2鄄鄄2 和 S2鄄鄄 3 峰 值 应 力 平 均 值 为 107郾 47 MPa, 离 散 系 数 为 8郾 62% ,差异较小; 对应的峰值应变离散系数为 24郾 28% ,差异较大. 2郾 2 含孔洞大理岩声发射特征 声发射是一种能有效地监测岩石内部破坏的手 段,在研究预制裂隙岩样的裂纹扩展中也屡有成 效[1,3] . 图 4(a)为 S2鄄鄄2 试件单轴压缩过程中声发 射与轴向应力对应的关系图. 可以看出,在裂隙压 密阶段及弹性变形阶段声发射振铃计数较小,内部 裂纹未得到发展. 在弹性阶段后期出现第一次应力 降低时,振铃计数明显上升,且在附近多次出现声发 射现象,与试验观察到的现象相符. 随后产生的裂 隙扩展得到抑制,应力又开始上升,声发射产生频率 及振铃计数降低. 在达到峰值应力后,试件屈服破 坏,试件内部裂纹开始发展,直到贯通形成宏观裂 纹,并伴随着激烈的声发射现象,声发射频率及振铃 计数幅值增加,其幅值大小与第一次声发射幅值相 当. 整体声发射特征表现为先升后降,第一次裂隙 发展后,又开始降低,随着试件最终失稳破坏的过 程,声发射振铃计数保持较高幅值,试件丧失承载力 后声发射消失. 图 4 含孔洞大理岩试件轴向应力及声发射对应图. (a)S2鄄鄄2 试件;(b)S2鄄鄄3 试件 Fig. 4 Corresponding diagram of the axial stress and acoustic emission of the hole鄄bearing specimens:(a)S2鄄鄄2 specimen;(b)S2鄄鄄3 specimen 图 4(b)为 S2鄄鄄3 试件单轴压缩过程中声发射与 轴向应力对应的关系图. 在裂隙阶段及弹性变形阶 段未产生明显的声发射现象. 但在峰值前弹性阶段 后期,振铃计数明显增大,对应的应力幅值也有所降 低,幅度不大,孔洞周围裂隙得到发展. 在峰值屈服 后应力降低时,出现一次声发射现象,幅值比第一次 有所增加,裂纹扩展程度更大. 在变形局部化过程 中每一次声发射的振铃计数幅值都比上一次大,有 逐渐增加的趋势. 整体而言,伴随着试件的逐步失 稳破坏,S2鄄鄄3 试件声发射特征表现为振铃计数逐步 增加的趋势. 3 孔洞充填条件下强度与力学特征 3郾 1 孔洞充填条件下力学特征 对预制孔洞的大理岩进行充填,其表现出的力 学性质与特征如图 5 所示,破坏后试件裂纹特征如 图 6 所示. 充填物采用建筑用的石膏粉制成,根据 同等配比石膏粉的抗压特性测试,其抗压强度约为 2郾 75 MPa. 充填条件下大理岩的应力鄄鄄 应变曲线也 表现出四个阶段:裂隙压密阶段、弹性阶段、变形局 部化阶段和屈服破坏阶段. 图 5 孔洞充填条件下大理岩单轴压缩试验应力鄄鄄应变曲线 Fig. 5 Uniaxial compression stress鄄鄄 strain curve of each specimen with the hole filled F1鄄鄄1 试件初期经历了裂隙压密阶段,内部裂隙 被压实. 随后,试件进入弹性变形阶段,试件的变形 速率与应力迅速增长. 在峰前短暂的非线性弹性变 形后, 试 件 达 到 单 轴 抗 压 强 度 的 峰 值, 幅 值 为 108郾 26 MPa,应变为 0郾 86% . 此后,试件屈服破坏, 抗压能力减低,孔洞周围裂纹扩展程度更加剧烈. 变形局部化初期表现出与 S2鄄鄄 2 相似的形式,应力 ·779·