.1424 工程科学学报.第41卷，第11期 果结合AE测试和扫描电镜实验深入了解岩石微 表1岩样基本参数 观破裂机制和AE参数特性，将有利于认识岩石从 Table 1 Basic parameters of the rock samples 起裂发展至宏观破坏的裂纹演变过程以及张拉破 试样编号 直径mm高/mm 密度/人gcm) 波速/(ms) 裂特性 GI 48.41 49.95 2.61 4197.83 据此，本文分别对花岗岩和大理岩进行巴西 G2 48.57 50.36 2.63 4272.61 劈裂声发射实验，同时结合扫描电镜分析不同岩 G3 48.33 50.62 2.62 4211.35 石结构下断口形貌特征，利用RA-AF变化趋势及 MI 50.99 49.32 2.85 3825.41 峰值频率特性探讨张拉破坏下岩石的声发射特性 M2 50.35 48.19 2.78 3901.74 与对应的裂纹扩展规律，以及不同岩石结构对声 M3 50.79 48.57 2.85 3857.66 发射特性的影响，为实际地下工程声发射监测提 供丰富的理论依据 验前，通过透明薄片折射率实验对花岗岩和大理 岩的组成进行了测定，如图1所示，该花岗岩的主 1试验设计 要矿物成分为石英、钾长石、斜长石以及少量的 1.1试样制备 黑云母：大理岩的主要矿物成分为白云石和少量 本文试验选用花岗岩(G系列)和大理岩(M 的方解石，图l(a)中可以明显的看出多种矿物颗 系列)作为研究对象，制成直径和长均为50mm的 粒之间耦合，以及单一矿物颗粒内部的缺陷、空隙 圆柱形试样，同时利用岩石声波参数测试仪(HS- 等；而图1(b)中可以明显看出粒状变晶结构，白云 YS4A)对各岩样进行了纵波测量，结果见表1.试 石和方解石颗粒之间成紧密镶嵌结构 (a) (b) mm Qz一石英：Kfs一钾长石；Dol一白云石；Bt一黑云母：P一斜长石；Cl一方解石 图1两种岩石微观结构图.(a)花岗岩，(b)大理岩 Fig.I Micro-structures of rock samples in the transparent refractive index experiment:(a)granite,(b)marble 1.2试样方案及参数设置 业业业 试验所用的加载设备是MTS-322型加载系 上压板 统，加载速率设为30 kN-min,采样率设为50Hz 声发射测试设备为美国PAC公司的PCI-2声发射 声发射传感器 仪，参数设置如表2所示.另外传感器选用两个谐 裂纹 振频率为550kHz的PIC0型传感器，分别粘贴于 试样断面靠近劈裂中心位置，如图2所示 声发射传感器 钢丝垫条 表2声发射设备参数设置 下压板 Table 2 Parameter settings of the acoustic emission device 门槛值/前置增益/采样长度/采样频率/PDT/HLT/HDT/ 图2巴西劈裂传感器布置示意图 dB dB kb MHz μsμ4sμs Fig.2 Layout of AE sensors in the Brazilian split tests 40 40 10 50300200 由于劈裂试样较小，声发射信号在边界处的反射 其中门槛值40dB是基于前期开展的大量声 也会被传感器采集到.因此将门槛值提高至40B 发射实验，发现门槛值较低会有电流噪声，一般情 此外，在室内声发射实验中，通常震源的持续时间 况下在35dB以上就能抑制电流噪声，同时考虑到 要大于声发射信号在试样边界反射回传的时间，果结合 AE 测试和扫描电镜实验深入了解岩石微 观破裂机制和 AE 参数特性，将有利于认识岩石从 起裂发展至宏观破坏的裂纹演变过程以及张拉破 裂特性. 据此，本文分别对花岗岩和大理岩进行巴西 劈裂声发射实验，同时结合扫描电镜分析不同岩 石结构下断口形貌特征，利用 RA-AF 变化趋势及 峰值频率特性探讨张拉破坏下岩石的声发射特性 与对应的裂纹扩展规律，以及不同岩石结构对声 发射特性的影响，为实际地下工程声发射监测提 供丰富的理论依据. 1    试验设计 1.1    试样制备 本文试验选用花岗岩 (G 系列) 和大理岩 (M 系列) 作为研究对象，制成直径和长均为 50 mm 的 圆柱形试样，同时利用岩石声波参数测试仪（HS￾YS4A）对各岩样进行了纵波测量，结果见表 1. 试 验前，通过透明薄片折射率实验对花岗岩和大理 岩的组成进行了测定，如图 1 所示，该花岗岩的主 要矿物成分为石英、钾长石、斜长石以及少量的 黑云母；大理岩的主要矿物成分为白云石和少量 的方解石，图 1(a) 中可以明显的看出多种矿物颗 粒之间耦合，以及单一矿物颗粒内部的缺陷、空隙 等；而图 1(b) 中可以明显看出粒状变晶结构，白云 石和方解石颗粒之间成紧密镶嵌结构. 1.2    试样方案及参数设置 试验所用的加载设备是 MTS-322 型加载系 统，加载速率设为 30 kN·min−1，采样率设为 50 Hz. 声发射测试设备为美国 PAC 公司的 PCI-2 声发射 仪，参数设置如表 2 所示. 另外传感器选用两个谐 振频率为 550 kHz 的 PICO 型传感器，分别粘贴于 试样断面靠近劈裂中心位置，如图 2 所示. 其中门槛值 40 dB 是基于前期开展的大量声 发射实验，发现门槛值较低会有电流噪声，一般情 况下在 35 dB 以上就能抑制电流噪声，同时考虑到 由于劈裂试样较小，声发射信号在边界处的反射 也会被传感器采集到，因此将门槛值提高至 40 dB. 此外，在室内声发射实验中，通常震源的持续时间 要大于声发射信号在试样边界反射回传的时间， 表 1    岩样基本参数 Table 1    Basic parameters of the rock samples 试样编号 直径/mm 高/mm 密度/(g·cm−3) 波速/(m·s−1) G1 48.41 49.95 2.61 4197.83 G2 48.57 50.36 2.63 4272.61 G3 48.33 50.62 2.62 4211.35 M1 50.99 49.32 2.85 3825.41 M2 50.35 48.19 2.78 3901.74 M3 50.79 48.57 2.85 3857.66 表 2    声发射设备参数设置 Table 2    Parameter settings of the acoustic emission device 门槛值/ dB 前置增益/ dB 采样长度/ kb 采样频率/ MHz PDT/ µs HLT/ µs HDT/ µs 40 40 5 10 50 300 200 (a) Kfs Kfs Qtz Qtz Pl Pl 1 mm 1 mm Qtz Qtz Bt Bt (b) Qtz—石英; Kfs—钾长石; Dol—白云石; Bt—黑云母; PI—斜长石; Cal—方解石 图 1    两种岩石微观结构图. （a）花岗岩; （b）大理岩 Fig.1    Micro-structures of rock samples in the transparent refractive index experiment: (a) granite; (b) marble 上压板 下压板 声发射传感器 声发射传感器 裂纹 钢丝垫条 图 2    巴西劈裂传感器布置示意图 Fig.2    Layout of AE sensors in the Brazilian split tests · 1424 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期