潘元貴，杜春陽，謝小國，伍中庚，陳彩玲，魏良帥

(1.四川省華地建設(shè)工程有限責(zé)任公司，成都 610081；2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，成都 610081；3.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，成都 611734)

完整巖石或含裂隙的巖石破壞均以脆性破壞為主，突發(fā)性破壞特征強，難以捕捉到巖石破壞前的預(yù)警信號。因此，研究巖石破壞的前兆信息就有重要意義。中外學(xué)者對巖石破壞預(yù)警信息已開展大量研究，通過先進監(jiān)測儀器(如聲發(fā)射、紅外熱像儀)，對巖石破壞過程中內(nèi)部和外部信息進行提取，獲得大量研究成果。聲發(fā)射是一種研究巖石內(nèi)部聲學(xué)信號變化特征，基于巖石加載過程中內(nèi)部聲學(xué)信號變化來反映巖石內(nèi)部裂紋損傷情況。王創(chuàng)業(yè)等[1]對石灰?guī)r破裂階段聲發(fā)射變化特征展開了研究，發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r破壞階段聲發(fā)射主頻值整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。姚歡迎等[2]利用聲發(fā)射來反映頁巖在單軸壓縮過程中內(nèi)部損傷演化規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)頁巖單軸壓縮過程分為4個階段:壓密階段-彈性變形階段-彈塑性變形階段-峰后破壞階段，聲發(fā)射信號能夠反映頁巖內(nèi)部微細觀損傷演化過程。汪果等[3]研究了英安巖在三軸壓縮試驗過程中聲發(fā)射變化特征，發(fā)現(xiàn)英安巖單軸壓縮和低圍壓下穩(wěn)定破裂發(fā)展階段具有折線型特點。蘇國韶等[4-5]研究了花崗巖巖爆過程中聲發(fā)射頻譜特征，發(fā)現(xiàn)花崗巖發(fā)生巖爆現(xiàn)象前，聲發(fā)射幅值會出現(xiàn)一段平靜期，巖爆過程中聲發(fā)射主頻由高向低過渡。基于巖石表面溫度變化來反映巖石受載特性，最早由Luong等[6-8]將紅外熱輻射用于研究巖石疲勞破壞過程中紅外熱輻射變化特征，發(fā)現(xiàn)巖石在不同加載方式下中存在不同熱輻射特征，可通過巖石表面熱像特征來劃分巖石的破壞程度。劉善軍等[9-11]通過紅外熱輻射來研究了巖石破壞的前兆信息。還有學(xué)者運用衛(wèi)星熱紅外影像來研究了地震強震區(qū)分布情況[12]。張璇等[13]、邵楠清等[14]對地震前區(qū)域內(nèi)的熱像亮溫異常時空演變特征展開了研究，結(jié)果表明熱像異常區(qū)域與未來地震區(qū)域相吻合。彭波等[15]利用紅外熱像技術(shù)來探測土石壩集中側(cè)漏，研究表明在熱激勵下模型表面溫度升高，但是土石壩模型表面集中滲漏區(qū)域的溫度比正常區(qū)域要低。來興平等[16]研究了煤巖破裂過程熱紅外輻射異化特征，研究發(fā)現(xiàn)煤巖破裂過程中熱紅外溫度存在4個變化階段。

綜上可知，前人多利用聲發(fā)射變化特征來反映巖石內(nèi)部損傷情況，運用熱紅外技術(shù)對地震預(yù)警及震后分析、巖石加載破壞、大壩側(cè)漏等方面開展研究，根據(jù)以往的研究思想啟發(fā)，現(xiàn)引入溫度標(biāo)準(zhǔn)差這一指標(biāo)，研究溫度標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)在巖石加載破壞過程中的變化特征，來反映巖石破壞的階段性特征，著重研究巖石臨近破壞前臨空面上的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征，觀察巖石破壞前臨空面上溫度標(biāo)準(zhǔn)差的異?，F(xiàn)象。

1 試驗方案

1.1 試樣及設(shè)備

圖1為試驗巖樣。圖1(a)為真三軸加載試驗的巖樣(真三軸試驗分真三軸加載和真三軸加卸荷兩種加載方式)，巖性為紅砂巖，巖樣尺寸為：100 mm×100 mm×200 mm；圖1(b)為單軸壓縮試驗的巖樣，巖性為花崗巖，巖樣預(yù)制兩條開放性的節(jié)理裂隙，形成兩種不同巖橋長度，分別為30、44 mm。

圖1 試驗巖石試樣

圖2為試驗加載設(shè)備，一種高壓伺服動真三軸試驗機，水平加載系統(tǒng)可輸出最大壓力3 000 kN，豎直加載系統(tǒng)可輸出最大壓力5 000 kN，加卸載過程運用全數(shù)字伺服測控技術(shù)，保證試驗加載準(zhǔn)確性，可以完成單軸加載和真三軸加載試驗。圖3為紅外熱像監(jiān)測儀器，紅外熱像儀探測最大距離10 m，溫度測量范圍為-20～350 ℃，測量精度為2%，紅外圖像分辨率320×240像素，圖像采集幀頻9 Hz，熱像儀由USB接口和網(wǎng)絡(luò)接口與電腦相連，將采集圖像實時傳輸至電腦采集系統(tǒng)，在電腦上對采集圖像數(shù)據(jù)進行處理分析。

圖2 試驗加載設(shè)備

圖3 FLIRSC305紅外熱像儀

巖石加載過程中，采用熱紅外儀全程監(jiān)控，獲取巖石表面溫度變化和熱像變化。

1.2 試樣方案

圖4為真三軸加載試驗巖樣的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑。試驗的加載方案為：σ1表示最大主應(yīng)力，σ2表示中間主應(yīng)力，σ3表示最小主應(yīng)力，最小主應(yīng)力方向為卸荷臨空面。真三軸加載試驗方案為：試驗加載采用位移控制和荷載控制兩種方式，先用位移控制方式對σ1施加0.5 MPa力，使試件端面與傳力柱面接觸，再轉(zhuǎn)換荷載控制方式，以0.2 MPa/s加荷速率加載至最大主應(yīng)力設(shè)計值；保持最大主應(yīng)力不變，運用同樣加載方式將中間主應(yīng)力σ2加載至設(shè)計值；保持中間主應(yīng)力不變，對σ3方向保持單面臨空，對立面采用以上方式施加應(yīng)力至設(shè)計值。試件在此應(yīng)力狀態(tài)下受力保持10 s，試件應(yīng)力狀態(tài)如圖4(a)所示，之后保持σ2和σ3不變，以2 kN/s的加載速度增加σ1直至試件破壞。

圖4 真三軸加載應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力路徑

圖5為真三軸加卸荷試驗試件卸荷示意圖。試件施加應(yīng)力至設(shè)計初始應(yīng)力狀態(tài)與真三軸加載試驗一致，卸荷如下：初始應(yīng)力加載完成后穩(wěn)定10 s，然后快速卸載一面σ3，同時將對立面調(diào)整為位移控制，再以2 kN/s的加載速度增加σ1直至試樣失穩(wěn)破壞。

圖5 真三軸卸荷應(yīng)力狀態(tài)示意圖

真三軸加載試驗過程為首先施加σ1直至設(shè)計應(yīng)力水平，待σ1穩(wěn)定后再施加σ2至設(shè)計應(yīng)力水平，待σ2穩(wěn)定后單面施加σ3至設(shè)計應(yīng)力水平，在該狀態(tài)下穩(wěn)定10 s后以2 kN/s的加載速度增加σ1直至試件破壞。真三軸加卸荷試驗過程中，加載σ1和σ2至設(shè)計應(yīng)力水平與真三軸加載試驗一樣，待σ1和σ2施加的應(yīng)力穩(wěn)定后開始雙面施加σ3至設(shè)計應(yīng)力水平，穩(wěn)定10 s后迅速撤離一面σ3(觀測面)，并持續(xù)增加σ1直到試件破壞。

圖6為節(jié)理裂隙巖樣單軸壓縮示意圖。先在位移控制方式下施加軸向荷載0.1 MPa，待試件穩(wěn)定后，再采用荷載控制方式，以1 kN/s的加載速率加載直至試件破壞，試件破壞后采用位移控制，獲取峰后曲線。表1為3種加載方式的詳細信息。

圖6 節(jié)理裂隙巖樣單軸壓縮示意圖

表1 試驗加載詳細信息

2 溫度標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)介紹

溫度標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)即為試件觀測面上最大溫度、平均溫度、最小溫度三者的標(biāo)準(zhǔn)差，通過溫度標(biāo)準(zhǔn)差的變化特征來反映巖石表面溫度場變化情況。巖石試件加載初期，監(jiān)測面上的平均溫度、最大溫度、最小溫度三者相差較小，從而三者的標(biāo)準(zhǔn)差值也較小，在試件臨近破壞前，巖石監(jiān)測面上會出現(xiàn)少數(shù)高溫點和低溫點，這些高低溫點使得3種溫度差值增大，導(dǎo)致溫度標(biāo)準(zhǔn)差增大。通過溫度標(biāo)準(zhǔn)差來反映巖石加載過程中觀測面上溫度場變化特征，研究試件破壞前溫度標(biāo)準(zhǔn)差的變化特征，通過溫度標(biāo)準(zhǔn)差的異常變化來預(yù)警巖石破壞。

(1)原理：標(biāo)準(zhǔn)差能反映數(shù)據(jù)間的離散程度，平均數(shù)相同的兩組數(shù)據(jù)，其標(biāo)準(zhǔn)差未必相同?；跇?biāo)準(zhǔn)差的這個特點，研究監(jiān)測面上平均溫度、最大溫度、最小溫度三者間的離散程度。

(2)優(yōu)點：在巖石破壞前，監(jiān)測面上出現(xiàn)少量的高溫點和低溫點，但試驗取整個觀測區(qū)域內(nèi)的平均溫度作為分析對象，忽視了觀測面內(nèi)這些少量的溫度變化信號，現(xiàn)在通過標(biāo)準(zhǔn)差將這些早期的溫度變化信號提取出來，作為巖石破壞的前兆信息。溫度標(biāo)準(zhǔn)差公式為

(1)

式(1)中：M為溫度標(biāo)準(zhǔn)差；Tmax為最大溫度；Tmin為最小溫度；Tave為平均溫度。

溫度標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)反映巖石破壞過程的依據(jù)：溫度標(biāo)準(zhǔn)差反映臨空面上同一時刻平均溫度、最大溫度、最小溫度三者間的離散程度，通過離散程度反映3種溫度間的差異幅度。巖石加載初期，受載應(yīng)力小，巖石表面溫度分布均勻，各處溫度差異幅度小；當(dāng)巖石受載增大，巖石即將破壞前，巖石表面微裂紋發(fā)育，微裂紋發(fā)育處的溫度會出現(xiàn)升高或者降低，此刻溫度差異幅度增大；待巖石破壞瞬間，破裂處溫度陡然上升，與其他區(qū)域的溫度形成明顯差異，此時溫度標(biāo)準(zhǔn)差達到最大。該指標(biāo)的提出主要是根據(jù)數(shù)學(xué)上溫度標(biāo)準(zhǔn)差反映數(shù)據(jù)離散度的思想，通過溫度的離散度來反映同意時刻三種溫度間的差異幅度，用這巖石臨空面上溫度的差異幅度來反映巖石破壞過程。溫度標(biāo)準(zhǔn)差反映巖石破壞過程的效果：巖石加載初期，溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化幅度維持在一個相對穩(wěn)定的水平，待巖石受載應(yīng)力增大到一定數(shù)值時，溫度標(biāo)準(zhǔn)差開始逐步上升，巖石破壞時溫度標(biāo)準(zhǔn)差達到峰值。溫度標(biāo)準(zhǔn)差初始上升反映巖石進入新裂紋發(fā)育階段，溫度標(biāo)準(zhǔn)差反映巖石破壞過程具有良好效果。

3 溫度標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)變化特征

3.1 真三軸加載破壞臨空面溫度標(biāo)準(zhǔn)差

圖7(a)是中間主應(yīng)力10 MPa時溫度標(biāo)準(zhǔn)差。將溫度標(biāo)準(zhǔn)差的變化過程分成4個階段：第一階段為平靜段，該階段內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)差起伏性變化較小，圖像總體呈現(xiàn)水平直線；第二階段為上升段，溫度標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)明顯升高點，升高趨勢由低到高，臨近破壞時刻，溫度標(biāo)準(zhǔn)差升高至1.5左右；第三階段為突升段，因巖石破壞導(dǎo)致臨空面溫度驟升，溫度標(biāo)準(zhǔn)差也隨之陡增，溫度標(biāo)準(zhǔn)差達3.6；第四階段為回落段，溫度標(biāo)準(zhǔn)差陡增后回落，臨空面上各處溫度離散度降低。

紅色曲線為巖石臨空面上的平均溫度變化

圖7(b)是中間主應(yīng)力20 MPa時溫度標(biāo)準(zhǔn)差，平靜段內(nèi)的溫度標(biāo)準(zhǔn)差保持在0.47～0.66變化，變化平穩(wěn)且變化值較小。上升段內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化范圍為0.49～0.89，變化幅度增大。突升段溫度標(biāo)準(zhǔn)差峰值為1.31，隨后回落至0.72～0.86水平。

圖7(c)是中間主應(yīng)力40 MPa時溫度標(biāo)準(zhǔn)差，平靜段內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)差發(fā)展?fàn)顟B(tài)十分平穩(wěn)。在臨近破壞前134 s時，溫度標(biāo)準(zhǔn)差開始出現(xiàn)上升點，上升段內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)差呈逐漸增大趨勢，起初上升值為0.2，臨近破壞時達1.8。巖石破壞時刻溫度標(biāo)準(zhǔn)差突增至2.6，隨后回落至0.3水平。

圖7(d)中間主應(yīng)力60 MPa時溫度標(biāo)準(zhǔn)差，平靜段的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化水平為0.61～0.75。距離試件破壞144 s時，溫度標(biāo)準(zhǔn)差開始出現(xiàn)明顯上升，初始上升值達0.82，隨后上升幅度逐漸增大，破壞前溫度標(biāo)準(zhǔn)差最大值達到1.3。試件破壞，溫度標(biāo)準(zhǔn)差陡增至1.62，隨后回落至0.88水平。

圖7紅色曲線為巖石臨空面上的平均溫度變化，在巖石破壞前會出現(xiàn)異常轉(zhuǎn)折性變化，這種異常變化能預(yù)警巖石破壞，將平均溫度曲線與溫度標(biāo)準(zhǔn)差做對比，分析研究溫度標(biāo)準(zhǔn)差的前兆特征。

表2為真三軸加載試驗的溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆信息統(tǒng)計表，根據(jù)表中信息可知，溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆信息首次出現(xiàn)時間距試件破壞108～144 s，隨著中間主應(yīng)力增大，前兆信息出現(xiàn)時刻提前。

表2 真三軸加載試驗溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆信息時序特征

3.2 真三軸加卸荷破壞臨空面溫度標(biāo)準(zhǔn)差

圖8(a)為中間主應(yīng)力為10 MPa的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征圖，溫度標(biāo)準(zhǔn)差的變化過程可劃分為4個變化階段，第一階段為平靜段，溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化范圍為0.42～0.56，卸荷后臨空面上各處溫度差異較小，溫度標(biāo)準(zhǔn)差處于平穩(wěn)變化階段，無明顯增大現(xiàn)象。第二階段為溫度標(biāo)準(zhǔn)差上升段，溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化范圍為0.41～0.83，距離試件破壞前61 s時，溫度標(biāo)準(zhǔn)差突然上升至0.68，試件破壞前溫度標(biāo)準(zhǔn)差最高升至0.83，上升段內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)差呈現(xiàn)逐步增大的趨勢。第三階段為突升段，巖石破壞，溫度驟升引起溫度標(biāo)準(zhǔn)差突然升高。第四階段為回落段，巖石破壞后，臨空面上溫度逐漸下降至原始水平，各處溫度值恢復(fù)至平穩(wěn)狀態(tài)，溫度標(biāo)準(zhǔn)差回落至0.41～0.46水平。

圖8(b)是中間主應(yīng)力為20 MPa的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征圖，根據(jù)圖中信息可知，溫度標(biāo)準(zhǔn)差平靜段的變化范圍為0.35～0.50，整體變化平穩(wěn)，主要集中在0.40水平。距離試件破壞前84 s，溫度標(biāo)準(zhǔn)差開始出現(xiàn)明顯的連續(xù)上升現(xiàn)象，初始上升值為0.49，試件破壞前最大達到0.85，整個上升段內(nèi)，溫度標(biāo)準(zhǔn)差呈階梯狀上升。突升段內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)差峰值達到1.6，隨后回落至0.43水平。

圖8(c)是中間主應(yīng)力為40 MPa的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征圖，根據(jù)圖中信息可知，溫度標(biāo)準(zhǔn)差平靜段內(nèi)變化范圍是0.22～0.38，距離試件破壞前104 s，溫度標(biāo)準(zhǔn)差開始出現(xiàn)明顯的連續(xù)上升趨勢，起初上升值為0.41，經(jīng)過不斷增加，破壞前達到0.65。巖石試件破壞，溫度標(biāo)準(zhǔn)差達到峰值，峰值大小為1.10，隨后即刻回落至0.28～0.40水平。

圖8(d)是中間主應(yīng)力為60 MPa的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征圖，根據(jù)圖中信息可知，平靜段內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)差保持在0.28～0.37水平，距離巖石試件破壞前125 s，溫度標(biāo)準(zhǔn)差進入上升段，該階段內(nèi)平均水平為0.56，破壞前最高達0.88。突升段峰值為1.5，回落段為0.52水平。

紅色曲線為巖石臨空面上的平均溫度變化

表3為真三軸加卸荷試驗的溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆信息時序特征。對真三軸加載和加卸荷兩種試驗的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征及前兆信息做了詳細分析，這兩種試驗的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征相似，在巖石試件加載破壞前，溫度標(biāo)準(zhǔn)差都會出現(xiàn)明顯上升現(xiàn)象，這種上升現(xiàn)象的出現(xiàn)預(yù)示著巖石即將發(fā)生破壞。

表3 真三軸加卸荷試驗溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆信息時序特征

3.3 節(jié)理巖石單軸壓縮破壞觀測面溫度標(biāo)準(zhǔn)差特征

對真三軸加載試驗試件臨空面上溫度標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)展開研究，分析了加載過程中溫度標(biāo)準(zhǔn)差的變化特征，發(fā)現(xiàn)巖石破壞前溫度標(biāo)準(zhǔn)的異常上升現(xiàn)象明顯。為進一步探究裂隙巖石破壞過程表面溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征，開展了預(yù)制節(jié)理裂隙試樣單軸壓縮試驗。

（3）采用砂巖壓重處理后，壩體內(nèi)浸潤線分布幾乎沒有變化，而加固前后上游壩坡滑裂面分布有明顯差異，加固前上游壩坡滑裂面起于下游壩坡坡頂位置，從上游壩坡坡腳位置剪出，加固后的剪出口位置上升明顯，剪出口位于砂巖頂部平面與上游壩坡坡面的交點位置。

含有預(yù)制節(jié)理裂隙的巖石在單軸壓縮破壞過程中，下部預(yù)制節(jié)理裂隙尖端處會產(chǎn)生應(yīng)力集中，根據(jù)熱彈效應(yīng)理論，物體某點處的溫度與其主應(yīng)力之和成正比[17]，裂隙尖端區(qū)域應(yīng)力集中，溫度變化十分明顯。圖9(a)為30 mm巖橋試件單軸壓縮破壞過程中溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征圖，圖中展現(xiàn)了裂隙尖端區(qū)域的平均溫度和溫度標(biāo)準(zhǔn)差兩種信號隨時間的變化特征。通過對溫度標(biāo)準(zhǔn)差曲線分析可知，加載初期0～445 s時段，溫度標(biāo)準(zhǔn)差曲線呈現(xiàn)較明顯的振蕩變化，振蕩幅值約為0.26，曲線整體呈現(xiàn)上揚趨勢；445～621 s時段，溫度標(biāo)準(zhǔn)差曲線收緊，振蕩變化幅值降低，該時段內(nèi)曲線變化平穩(wěn)；622～976 s為溫度標(biāo)準(zhǔn)差上升時段，在距離試件破壞前354 s時，溫度標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)明顯上升現(xiàn)象，上升段內(nèi)曲線斜率也較之前變大，試件破壞前溫度標(biāo)準(zhǔn)差增至2.73；977 s時，溫度標(biāo)準(zhǔn)差陡然上升至4.08，隨后逐漸回落至1.25水平。將溫度標(biāo)準(zhǔn)差曲線和溫度-時間曲線做對比分析，發(fā)現(xiàn)溫度標(biāo)準(zhǔn)差上升信號出現(xiàn)時間早于溫度-時間曲線轉(zhuǎn)折性變化，究其原因為：在試件受力過程中，預(yù)制節(jié)理裂隙尖端附近出現(xiàn)應(yīng)力集中效應(yīng)，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的溫度變化較為顯著，試件受壓破壞前，裂隙尖端附近出現(xiàn)個別高溫點，高溫點引起該區(qū)域內(nèi)溫度離散度增大，溫度標(biāo)準(zhǔn)差也隨之增大，在曲線上就表現(xiàn)出明顯上升現(xiàn)象，而此時溫度-時間曲線無明顯異常變化，這是由于溫度-時間曲線所采用的溫度為該區(qū)域的平均溫度，區(qū)域內(nèi)的個別高溫點無法改變一個區(qū)域的平穩(wěn)溫度，所以溫度-時間曲線未出現(xiàn)異常反應(yīng)。溫度-時間曲線是反映監(jiān)測面上宏觀溫度改變情況，溫度標(biāo)準(zhǔn)差是反映監(jiān)測面上溫度細觀變化特征。

圖9(b)為44 mm巖橋試件單軸壓縮破壞過程中溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征圖，0～582 s時間段，溫度標(biāo)準(zhǔn)差曲線呈現(xiàn)較明顯振蕩變化，變化幅值1.25～1.98；583～789 s時段，溫度標(biāo)準(zhǔn)差曲線收緊，振蕩變化減弱；790 s時刻標(biāo)準(zhǔn)差曲線開始出現(xiàn)明顯上升趨勢，約860 s時，溫度標(biāo)準(zhǔn)差上升到4.1，隨后保持在3.7左右變化，直到1 120 s時刻，溫度標(biāo)準(zhǔn)差陡然上升，升至峰值5.6，后隨即回落至2.6。溫度標(biāo)準(zhǔn)差上升時刻早于溫度-時間曲線轉(zhuǎn)折性變化171 s。

節(jié)理裂隙巖石單軸壓縮破壞過程中，下部預(yù)制節(jié)理裂隙尖端附近溫度標(biāo)準(zhǔn)差表現(xiàn)出明顯的階段性特征，加載初期，溫度標(biāo)準(zhǔn)差表現(xiàn)出明顯振蕩變化，波動幅度較大，這是因為裂隙尖端處在加載初期時出現(xiàn)碎巖屑剝落，導(dǎo)致該區(qū)域的溫度出現(xiàn)輕微變化。加載中前期，溫度標(biāo)準(zhǔn)差曲線出現(xiàn)振蕩變化減弱的收緊現(xiàn)象，這是由于裂隙尖端附近巖屑剝落完畢，區(qū)域內(nèi)溫度處于一個平穩(wěn)變化狀態(tài)，各處溫度差異十分微小。軸向應(yīng)力增加到一定數(shù)值時，裂隙尖端區(qū)域內(nèi)應(yīng)力集中明顯，使得裂隙尖端區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)少量高溫點，這些高溫點引起溫度標(biāo)準(zhǔn)差突然增加。巖石試件破壞，溫度標(biāo)準(zhǔn)差陡然增加至峰值，隨后回落至低水平變化。表4為節(jié)理裂隙巖石單軸壓縮試驗溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆信息時序特征統(tǒng)計。

4 熱紅外溫度標(biāo)準(zhǔn)差敏感性分析

表5為含裂隙巖石與完整巖石的熱紅外溫度標(biāo)準(zhǔn)差敏感性對比。對比分析了溫度標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)時間、溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常上升形態(tài)、溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化量，對比分析結(jié)果為，含裂隙巖石的溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常上升首次出現(xiàn)時間遠早于完整巖石溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常出現(xiàn)時間，含裂隙巖石的溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常上升值也遠高于完整巖石的異常上升值，由此可見，含裂隙巖石的溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆敏感性高于完整巖石的溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆敏感性，究其原因在于，含裂隙巖石加載過程中，溫度觀測區(qū)的應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，應(yīng)力集中導(dǎo)致觀測區(qū)內(nèi)溫度異常升高明顯且出現(xiàn)時間較早，異常升溫引起溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化；完整巖石試驗過程中，應(yīng)力集中現(xiàn)象弱，臨空面上的溫度異常變化出現(xiàn)時間相對較晚，其溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常變化出現(xiàn)時間相較于含裂隙巖石的靠后。

表5 含裂隙巖石與完整巖石的熱紅外溫度標(biāo)準(zhǔn)差敏感性對比分析

對比分析含裂隙巖石與完整巖石的溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆信息出現(xiàn)時間發(fā)現(xiàn)，裂隙巖石在破壞過程中溫度標(biāo)準(zhǔn)差前兆出現(xiàn)時間遠早于完整巖石，含裂隙的巖石在破壞前溫度標(biāo)準(zhǔn)差的敏感性更高。

5 結(jié)論

通過對真三軸加載試驗、真三軸加卸荷試驗、單軸壓縮試驗的巖樣表面溫度場變化特性研究，提出溫度標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)，通過溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征來反映巖石表面應(yīng)力集中程度，并通過溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常上升現(xiàn)象來預(yù)警巖石破壞。對試驗的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化特征做對比分析，得出以下結(jié)論。

(2)節(jié)理裂隙巖石單軸壓縮試驗中，巖樣下部預(yù)制節(jié)理裂隙尖端區(qū)域的溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常上升現(xiàn)象明顯，上升時刻比溫度曲線轉(zhuǎn)折性變化時刻提前約3 min。

(3)對比分析真三軸試驗和單軸壓縮試驗的溫度標(biāo)準(zhǔn)差變化過程，發(fā)現(xiàn)真三軸加載和加卸載兩種試驗的溫度標(biāo)準(zhǔn)差整體變化特征相似，單軸壓縮試驗的溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常上升時刻早于真三軸試驗，并且單軸壓縮試驗的溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常上升幅度也遠高于真三軸的溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常上升幅度。

(4)含裂隙巖石的溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常升高量高于完整巖石的溫度標(biāo)準(zhǔn)差異常上升量；含裂隙巖石的熱紅外前兆敏感性高于完整巖石的熱紅外前兆敏感性，含裂隙巖石試件中的熱紅外前兆出現(xiàn)時間更早且更易識別。