吴顺川等：不同荷载条件下低孔隙率砂岩巴西劈裂试验的声发射特性 991· (a) (b) 2 =3 S3 =4 =5 -6 S5 =8 1.54×10-6 3.08×106 7.7×107 0 50 2.31×106 Time/us 图2传感器三维定位残差及主动震源定位结果.()主动震源定位结果及传感器2波形信号：(b)定位残差密度切片 Fig.2 Misfit space density plane of 3D sensor array and active source locating result:(a)active source location result and the waveforms obtained through Survey 2;(b)density planes of misfit error 2.2声发射特征分析对比 件，有效声发射定位事件频率随时间分布较为均 图3(a)展示了线荷载条件下巴西圆盘劈裂试 匀且相对较低(1~7s),在阶段末最大有效声发 验声发射特性，试验过程一共采集了354s连续声 射事件频率剧增至47s,破裂震级最大为-2.78， 发射波形信号.采用触发比率为0.5的拾取算法将 位置基本与阶段1相同，且圆盘中心以上更为集中 连续声发射信号进行触发处理，满足不少于4个 阶段4持续时间从336.0350351s至353.9187746s, 通道的波形存储记录204.8us的数据.一共1131 有434个有效定位事件，此阶段开始有效定位事 个有效定位声发射事件，其有效定位事件破裂震 件频率相对较低，约为5s,事件集中剧烈增加发 级三维分布及时空演化如图4所示.根据有效定 生在阶段末，为234s,破裂震级最大为-2.84.位 位事件频率的变化将线荷载试验过程划分为4个 置主要集中在圆盘中心以上12mm,且偏离中心 阶段：阶段1，有效定位事件有20个，频率最低（不 位置 超过1s),破裂震级不超过-4.21.阶段2持续时 图3(b)展示了非线荷载条件下巴西圆盘劈裂 间从202.1992249s至304.9882426s,一共有412个 试验声发射特性，试验过程中一共采集了484s连 有效定位事件，随时间不断增加，阶段末出现有 续声发射波形信号.一共931个有效定位声发射 效声发射事件集中剧烈增加现象，最大频率为 事件，其有效定位事件破裂震级三维分布及时空 48s,破裂震级最大为-3.38.圆盘起裂位于圆盘 演化如图5所示.同样，根据有效定位事件频率的 中心上、下约15mm,且圆盘中心以上起裂面积大 变化将线荷载划分为4个阶段：阶段1，有效定位 于圆盘以下，阶段3持续时间从306.1193752s至 事件频率最低(1s),破裂震级为-4.41：阶段2持 334.8700203s,一共有265个有效声发射定位事 续时间从100.5892033s至371.9930491s,一共有 300 15 11500 300 16 11500 (a) (b) Frequency 12 ■Frequency 一Load-time curve Load-time curve 12 200 -AE event accumulation 200 AE event accumulation 9 900 7 0 6 600 N/POT 600 10 Stage 2Spge 3Stage 4 300 Stage Stage 3 300 Stage 1 Stage 2 0 0 100 200 300 400 100 200300400 500 Time/s Time/s 图3荷载、声发射事件累计数及额率与时间的关系.(a)线荷载：(b)非线荷载 Fig.3 Variations of load,AE event accumulation and located AE rate with time:(a)linear load;(b)non-linear load2.2    声发射特征分析对比 图 3（a）展示了线荷载条件下巴西圆盘劈裂试 验声发射特性，试验过程一共采集了 354 s 连续声 发射波形信号. 采用触发比率为 0.5 的拾取算法将 连续声发射信号进行触发处理，满足不少于 4 个 通道的波形存储记录 204.8 μs 的数据. 一共 1131 个有效定位声发射事件，其有效定位事件破裂震 级三维分布及时空演化如图 4 所示. 根据有效定 位事件频率的变化将线荷载试验过程划分为 4 个 阶段：阶段 1，有效定位事件有 20 个，频率最低（不 超过 1 s−1），破裂震级不超过−4.21. 阶段 2 持续时 间从 202.1992249 s 至 304.9882426 s，一共有 412 个 有效定位事件，随时间不断增加，阶段末出现有 效声发射事件集中剧烈增加现象，最大频率为 48 s−1，破裂震级最大为−3.38. 圆盘起裂位于圆盘 中心上、下约 15 mm，且圆盘中心以上起裂面积大 于圆盘以下. 阶段 3 持续时间从 306.1193752 s 至 334.8700203 s，一共有 265 个有效声发射定位事 件，有效声发射定位事件频率随时间分布较为均 匀且相对较低（1～7 s−1），在阶段末最大有效声发 射事件频率剧增至 47 s−1 ，破裂震级最大为−2.78， 位置基本与阶段 1 相同，且圆盘中心以上更为集中. 阶段 4 持续时间从 336.0350351 s 至 353.9187746 s， 有 434 个有效定位事件，此阶段开始有效定位事 件频率相对较低，约为 5 s−1，事件集中剧烈增加发 生在阶段末，为 234 s−1，破裂震级最大为−2.84. 位 置主要集中在圆盘中心以上 12 mm，且偏离中心 位置. 图 3（b）展示了非线荷载条件下巴西圆盘劈裂 试验声发射特性，试验过程中一共采集了 484 s 连 续声发射波形信号. 一共 931 个有效定位声发射 事件，其有效定位事件破裂震级三维分布及时空 演化如图 5 所示. 同样，根据有效定位事件频率的 变化将线荷载划分为 4 个阶段：阶段 1，有效定位 事件频率最低（1 s−1），破裂震级为−4.41；阶段 2 持 续时间从 100.5892033 s 至 371.9930491 s，一共有 UP DOWN E W N S UP DOWN E W N S S1 S3 S2 S4 S5 S6 S7 S8 I=1 I=2 I=3 I=4 I=5 I=6 I=7 I=8 0 50 0 (a) (b) 7.7×10−7 1.54×10−6 2.31×10−6 3.08×10−6 Time/μs 图 2    传感器三维定位残差及主动震源定位结果. （a）主动震源定位结果及传感器 2 波形信号；（b）定位残差密度切片 Fig.2     Misfit  space  density  plane  of  3D  sensor  array  and  active  source  locating  result:  (a)  active  source  location  result  and  the  waveforms  obtained through Survey 2; (b) density planes of misfit error 15 12 Load/kN Frequency/s−1 9 6 3 0 1500 1200 AE event accumulation 900 600 300 0 300 200 100 0 200 300 400 Time/s Stage 1 Stage 2Stage 3Stage 4 0 100 Frequency AE event accumulation Load-time curve 16 12 Load/kN Frequency/s−1 8 4 0 1500 1200 AE event accumulation 900 600 300 0 300 200 100 0 200 300 400 500 Time/s Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage 4 0 100 Frequency (a) (b) AE event accumulation Load-time curve 图 3    荷载、声发射事件累计数及频率与时间的关系. （a）线荷载；（b）非线荷载 Fig.3    Variations of load, AE event accumulation and located AE rate with time: (a) linear load; (b) non-linear load 吴顺川等： 不同荷载条件下低孔隙率砂岩巴西劈裂试验的声发射特性 · 991 ·