刘希灵等：劈裂荷载下的岩石声发射及微观破裂特性 .1427 800 800 (a) (b) 700 700 700 600 600 500 500 400 400 400 300 300 300 200 200 200 100 100 0 0 5 10 15 20 25 3035 40 5 10152025 3035 0 RA值/msV-) RA值/(msV-) 800 800 (c) (d) 60 700 700 50 600 600 40 500 0 a0 30 30 20 200 200 10 100 100 0 0 5 10 152025 3035 40 0 5 10152025303540 RA值/(msV-) RA值/msV-) 图5劈裂荷载下岩石声发射信号RA值与AF值的关系分布图.()花岗岩RA值与AF值分布图：(b)花岗岩RA值与AF值数据密度云图，(c) 大理岩RA值与AF值分布图：()大理岩RA值与AF值数据密度云图 Fig.5 RA and average frequency distribution diagrams of granite and marble under a splitting load:(a)RA versus AF distribution diagram in granite;(b) RA versus AF data density map in granite;(c)RA versus AF distribution diagram in marble;(d)RA versus AF data density map in marble 表3不同岩石声发射RA-AF分布差异 声发射比率在缓慢上升，这主要是因为当微裂纹 Table 3 Differences in RA-AF distribution obtained from Fig.5 扩展、贯通时，虽然拉伸裂纹作为主裂纹模式，但 岩石类型 编号 RA值msV AF值kHz 随着岩石内部损伤的加剧，由于裂纹的偏转和 不对称特性，摩擦滑移容易出现在颗粒边界，致使 GI 01.36 75~184 G2 01.22 80~177 剪切模式或复合模式的出现，从而释放较低频信 花岗岩 G3 01.13 82~186 号，这与在临界破坏时RA和AF值的变化趋势相 平均值 0~1.24 79~182 一致（见图4），另外从岩样的微观结构可知（见 图1)，石英颗粒包括更多不连续结构面，更容易发 MI 0-0.52 100-174 M2 0-0.71 93~167 生剪切滑移，从而导致花岗岩声发射比率突降.而 大理岩 M3 0-0.86 97-185 对于大理岩来说，其矿物颗粒小且均质，随着应力 平均值 0-0.70 97~175 水平的增长，矿物颗粒之间的分离持续增多，且少 有如花岗岩石英矿物颗粒分离产生的低频信号， 及400~499kHz区间的信号可以看作其主频信 因此该比率缓慢增长，而此破裂机制的差异性也 号，为进一步分析主频信号在不同加载阶段的分 恰好说明了花岗岩的抗拉强度及声发射能量高于 布特性，图7表示了两种岩石在不同应力阶段主 大理岩 频信号分布趋势，图中波击数指对应岩石三个试 当应力水平为0.2时，即处于加载初期的压密 样的平均值.当应力水平（当前应力与峰值应力的 阶段时，较低频信号比高频信号占比多，这是因为 比值)为0.8（加载后期）时，花岗岩的声发射比率 加载初期，受钢丝垫条和岩石内部微裂隙结构的 (高频信号(400~499kHz)数量与较低频信号 影响，垫条的错动和岩石中的矿物颗粒在压应力 (100~199kHz)数量之比)突然降低，而大理岩的 作用下发生滑移，产生的声发射信号频率较低2)及 400～499 kHz 区间的信号可以看作其主频信 号. 为进一步分析主频信号在不同加载阶段的分 布特性，图 7 表示了两种岩石在不同应力阶段主 频信号分布趋势，图中波击数指对应岩石三个试 样的平均值. 当应力水平（当前应力与峰值应力的 比值）为 0.8（加载后期）时，花岗岩的声发射比率 （高频信号 （ 400～ 499  kHz）数量与较低频信号 （100～199 kHz）数量之比）突然降低，而大理岩的 声发射比率在缓慢上升，这主要是因为当微裂纹 扩展、贯通时，虽然拉伸裂纹作为主裂纹模式，但 随着岩石内部损伤的加剧，由于裂纹的偏转和 不对称特性，摩擦滑移容易出现在颗粒边界，致使 剪切模式或复合模式的出现，从而释放较低频信 号，这与在临界破坏时 RA 和 AF 值的变化趋势相 一致（见图 4），另外从岩样的微观结构可知（见 图 1），石英颗粒包括更多不连续结构面，更容易发 生剪切滑移，从而导致花岗岩声发射比率突降. 而 对于大理岩来说，其矿物颗粒小且均质，随着应力 水平的增长，矿物颗粒之间的分离持续增多，且少 有如花岗岩石英矿物颗粒分离产生的低频信号， 因此该比率缓慢增长，而此破裂机制的差异性也 恰好说明了花岗岩的抗拉强度及声发射能量高于 大理岩. 当应力水平为 0.2 时，即处于加载初期的压密 阶段时，较低频信号比高频信号占比多，这是因为 加载初期，受钢丝垫条和岩石内部微裂隙结构的 影响，垫条的错动和岩石中的矿物颗粒在压应力 作用下发生滑移，产生的声发射信号频率较低[27] . 表 3    不同岩石声发射 RA-AF 分布差异 Table 3    Differences in RA-AF distribution obtained from Fig. 5 岩石类型 编号 RA值/(ms·V−1) AF值/kHz 花岗岩 G1 0～1.36 75～184 G2 0～1.22 80～177 G3 0～1.13 82～186 平均值 0～1.24 79～182 大理岩 M1 0～0.52 100～174 M2 0～0.71 93～167 M3 0～0.86 97～185 平均值 0～0.70 97～175 800 700 500 600 (a) 400 300 200 100 0 0 5 15 25 35 10 20 30 40 RA值/(ms·V−1) 平均频率/kHz 800 700 500 600 (c) 400 300 200 100 0 0 5 15 25 35 10 20 30 40 RA值/(ms·V−1) 平均频率/kHz 800 700 500 600 (b) 400 300 200 100 0 0 5 15 25 35 10 20 30 40 RA值/(ms·V−1) 平均频率/kHz 700 500 600 400 300 200 100 0 信号分布数 800 700 500 600 (d) 400 300 200 100 0 0 5 15 25 35 10 20 30 40 RA值/(ms·V−1) 平均频率/kHz 60 50 40 30 20 10 0 信号分布数 图 5    劈裂荷载下岩石声发射信号 RA 值与 AF 值的关系分布图. （a）花岗岩 RA 值与 AF 值分布图; （b）花岗岩 RA 值与 AF 值数据密度云图; （c） 大理岩 RA 值与 AF 值分布图; （d）大理岩 RA 值与 AF 值数据密度云图 Fig.5    RA and average frequency distribution diagrams of granite and marble under a splitting load: (a) RA versus AF distribution diagram in granite; (b) RA versus AF data density map in granite; (c) RA versus AF distribution diagram in marble; (d) RA versus AF data density map in marble 刘希灵等： 劈裂荷载下的岩石声发射及微观破裂特性 · 1427 ·