992 工程科学学报，第42卷，第8期 ○-2.78 ○-3.28 Magnitude -4.50 -5.00 -3.89 -2.78 Stage 2: Stage 3: Stage 4: (b) 202.1992249-304.9882426s 606.1193752-334.8700203s 336.0350351-353.9187746s 图4线荷载条件下声发射事件破裂震级及时空演化.()破裂震级三维视图：(b)不同阶段有效声发射事件增量（依据信噪比绘制） Fig.4 Located magnitude and spatial evolution of AE events for the linear load:(a)the located magnitude shown in the 3D model;(b)the effective AE increment at different stages(marker sizes are scaled by signal to noise ratio) 203个效定位事件，随时间不断增加阶段末出现有 件下显著减缓了圆盘损伤累计的时间和释放能量 效声发射事件集中剧烈增加现象，最大频率为21s, 的大小，使得微裂纹迅速成核、扩展及贯通，达到 破裂震级最大为-3.48.巴西圆盘起裂位于圆盘中 破坏峰值强度后发生剧烈的脆性破坏.非线荷载 心以下约12mm:阶段3持续时间从373.4738827s 条件下巴西劈裂试验起裂时刻早于线荷载，且裂 至423.9923606s,一共有71个有效声发射定位事 纹稳定扩展阶段（阶段2）时间较长，表明非线荷载 件，频率随时间先减小后出现剧烈增加，最大有效 方式可有效控制微裂纹的稳定扩展.这种现象可 声发射事件频率由约3s剧增至72s,破裂震级 以解释为非线荷载条件下随着接触面积增大，使 最大为-3.24，位置与阶段1相比稍微靠近圆盘中心； 圆盘受力面积增大，减缓了应力集中，使圆盘内部 阶段4持续时间从425.0513716s至484.2164435s, 微裂纹稳定扩展. 一共有654个有效声发射定位事件，开始阶段有 采用三点法四计算了裂缝网络的几何形状， 效定位事件频率相对较低，约为2s,事件集中剧 所得的极分布被投影到下半球，密度高的区域表 烈增加发生在阶段末，频率为289s,破裂震级最 明存在优先取向.有效定位声发射事件的极点密 大为-2.09.整体来说，非线荷载条件下有效声发 度如图6所示，结果表明线/俳线荷载巴西圆盘破 射事件定位位置较为分散，但基本位于加载方向， 裂面均在整体上近似垂直.然而，线荷载条件下巴 与实验结果较为一致 西圆盘破裂面的走向分布在W12N至W15S范 通过对线/俳线荷载条件下巴西劈裂试验试样 围内，非线荷载条件下巴西圆盘破裂面的走向分 损伤演化对比，可以得出以下结论：相同加载速率 布在W18N至W20S范围内，表明非线荷载破裂 下，阶段2~阶段4的声发射事件发生在不同的位 面的局部扭曲程度大于线荷载.作为对比，非线荷 置，均随着荷载的增加，平均震级随之增大.声发 载条件下得到的宏观破裂面局部扭曲程度亦大于 射信号的信噪比亦呈增大趋势，表明裂纹破裂释 线荷载 放的能量随着试样接近破裂越来越大.线荷载条 采用Gutenberg-Richter关系式表示震源与203 个效定位事件，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 21 s−1 ， 破裂震级最大为−3.48. 巴西圆盘起裂位于圆盘中 心以下约 12 mm；阶段 3 持续时间从 373.4738827 s 至 423.9923606 s，一共有 71 个有效声发射定位事 件，频率随时间先减小后出现剧烈增加，最大有效 声发射事件频率由约 3 s−1 剧增至 72 s−1，破裂震级 最大为−3.24，位置与阶段 1 相比稍微靠近圆盘中心； 阶段 4 持续时间从 425.0513716 s 至 484.2164435 s， 一共有 654 个有效声发射定位事件，开始阶段有 效定位事件频率相对较低，约为 2 s−1，事件集中剧 烈增加发生在阶段末，频率为 289 s−1，破裂震级最 大为−2.09. 整体来说，非线荷载条件下有效声发 射事件定位位置较为分散，但基本位于加载方向， 与实验结果较为一致. 通过对线/非线荷载条件下巴西劈裂试验试样 损伤演化对比，可以得出以下结论：相同加载速率 下，阶段 2～阶段 4 的声发射事件发生在不同的位 置，均随着荷载的增加，平均震级随之增大. 声发 射信号的信噪比亦呈增大趋势，表明裂纹破裂释 放的能量随着试样接近破裂越来越大. 线荷载条 件下显著减缓了圆盘损伤累计的时间和释放能量 的大小，使得微裂纹迅速成核、扩展及贯通，达到 破坏峰值强度后发生剧烈的脆性破坏. 非线荷载 条件下巴西劈裂试验起裂时刻早于线荷载，且裂 纹稳定扩展阶段（阶段 2）时间较长，表明非线荷载 方式可有效控制微裂纹的稳定扩展. 这种现象可 以解释为非线荷载条件下随着接触面积增大，使 圆盘受力面积增大，减缓了应力集中，使圆盘内部 微裂纹稳定扩展. 采用三点法[24] 计算了裂缝网络的几何形状， 所得的极分布被投影到下半球，密度高的区域表 明存在优先取向. 有效定位声发射事件的极点密 度如图 6 所示，结果表明线/非线荷载巴西圆盘破 裂面均在整体上近似垂直. 然而，线荷载条件下巴 西圆盘破裂面的走向分布在 W12°N 至 W15°S 范 围内，非线荷载条件下巴西圆盘破裂面的走向分 布在 W18°N 至 W20°S 范围内，表明非线荷载破裂 面的局部扭曲程度大于线荷载. 作为对比，非线荷 载条件下得到的宏观破裂面局部扭曲程度亦大于 线荷载. 采用 Gutenberg-Richter 关系式[25] 表示震源与 S4 S5 S1 S2 S6 S3 S8 S7 UP DOWN E W S N −2.78 −3.28 Magnitude −4.50 −5.00 −3.89 −2.78 Stage 2: 202.1992249−304.9882426 s (a) (b) Stage 3: 306.1193752−334 .8700203 s Stage 4: 336.0350351−353.9187746 s 图 4    线荷载条件下声发射事件破裂震级及时空演化. （a）破裂震级三维视图；（b）不同阶段有效声发射事件增量（依据信噪比绘制） Fig.4    Located magnitude and spatial evolution of AE events for the linear load: (a) the located magnitude shown in the 3D model; (b) the effective AE increment at different stages (marker sizes are scaled by signal to noise ratio) · 992 · 工程科学学报，第 42 卷，第 8 期