郝 記 王 飛②③ 曹 平 劉智振 董 濤

(①中南大學資源與安全工程學院，長沙 410083，中國)

(②長沙理工大學，湖南省公路先進建養(yǎng)技術國際科技創(chuàng)新合作基地，長沙 410114，中國)

(③深圳大學，深地科學與綠色能源研究院，土木與交通工程學院，深圳 518060，中國)

0 引 言

現(xiàn)實工程中巖質邊坡、巷道拱角等都會受到壓剪荷載作用，因而確保壓剪作用下工程的穩(wěn)定性具有重要意義。但天然巖體的穩(wěn)定性在其內部發(fā)育的節(jié)理、斷層等不連續(xù)面的影響下而受到極大削弱(韓剛等， 2016)。巖石節(jié)理是最常見的一類不連續(xù)面，也是分布最廣泛的一種斷裂構造。現(xiàn)實中巖體的破壞主要以節(jié)理在荷載的作用下剪切貫通而導致工程巖體滑動為主，節(jié)理的剪切行為控制裂隙巖體的變形與破壞(Zhang et al.，2015)。因此，在節(jié)理巖體中開展力學特性研究顯得尤為重要。

由于現(xiàn)場大型原位試驗成本高、難度大，現(xiàn)場節(jié)理巖體試件采集困難及節(jié)理分布的無序性等原因，對現(xiàn)場節(jié)理巖體進行有效的力學研究是極其困難的(蒲成志等， 2010； 王佩新等， 2017)。因此，節(jié)理巖體的室內試驗研究以類巖石材料預制人工節(jié)理和加工制作巖石節(jié)理為主(范文臣等， 2015)。近年來，國內外專家學者采用人工節(jié)理室內試驗對節(jié)理巖體力學性質及破壞機制進行了大量研究，揭示了不同應力狀態(tài)下節(jié)理對巖體強度、變形及破壞模式的影響。

在壓縮應力作用下，節(jié)理巖體破壞受到節(jié)理連通率、位置、傾角、密度等因素影響。Yang et al. (2013， 2016)對含2條、3條節(jié)理的砂巖試件進行單軸壓縮試驗以研究不同節(jié)理參數試樣的力學性質； 在單軸壓縮條件下，陳新等(2011)，Chen et al. (2014)通過預制張開裂隙節(jié)理組研究節(jié)理產狀和連通率對巖體力學性質的影響； Wong et al. (2009)對大理巖和石膏單裂隙試樣進行單軸壓縮試驗，提出不同裂紋尖端的起裂和擴展模式。Cao et al. (2016)采用類巖材料預制遍布節(jié)理試樣并進行單軸加載以研究遍布節(jié)理參數對試樣力學性質的影響。節(jié)理巖體不僅在壓縮應力下得到了大量力學研究，其在剪切應力下亦得到了大量學者的關注、研究。在剪切作用下，節(jié)理試樣的破壞受到表面粗糙度、法向荷載、充填物成分、含水率等因素的影響。Gehle et al. (2003)進行直剪試驗以研究節(jié)理試樣的破壞過程并將其分為節(jié)理面擴展、巖橋滑動和節(jié)理面的滑動3個階段； 陳國慶等(2017)采用直剪試驗結合聲發(fā)射技術分析不同連通率巖橋和法向應力對斷續(xù)節(jié)理巖體破壞特征的影響； 胡波等(2008)采用理論計算與試驗相結合推導了共面閉合斷續(xù)節(jié)理巖體的直剪強度公式； 唐志成等(2011)采用不同軸向荷載下的直剪試驗分析法向荷載對節(jié)理試樣抗剪強度的影響，并基于試驗結果對剪切變形本構關系進行推導。范文臣等(2015)通過對充填節(jié)理類巖樣進行變角度壓剪試驗，探究不同壓剪應力比下傾角對破壞模式的影響。

學者針對遍布節(jié)理研究以模型為主，多運用遍布節(jié)理模型分析巖體的穩(wěn)定性。朱澤奇等(2009)針對層狀巖體建立了考慮其橫觀各向同性變形特性的遍布節(jié)理模型，并用該模型分析了層狀巖體圍巖變形及破裂特征。冷先倫等(2009)在硐室群圍巖穩(wěn)定性分析中引入遍布節(jié)理模型，研究遍布節(jié)理弱面的走向和傾向對圍巖變形的影響。吳順川等(2006)提出了基于遍布節(jié)理模型的強度折減法來分析邊坡的穩(wěn)定性。目前，節(jié)理參數對遍布節(jié)理試樣力學性質的影響研究相對較少。熊心廣等(2016)采用單軸壓縮試驗研究節(jié)理傾角和節(jié)理夾角參數對非貫通遍布節(jié)理試樣破碎規(guī)律的影響。

前人的研究針對壓縮荷載下節(jié)理試樣的力學性質相對較多，直剪荷載下節(jié)理試樣的力學性質也進行了部分研究，而壓剪綜合應力環(huán)境在現(xiàn)實邊坡工程和基坑工程中是常常出現(xiàn)的。同時，遍布節(jié)理巖體內部的節(jié)理參數(如間距、傾角、長度等)將極大影響試樣的力學性質。因此，針對壓剪荷載下受節(jié)理傾角、間距組合參數影響的遍布節(jié)理試樣的力學行為進行研究將對邊坡工程的設計、施工具有重要意義。目前，現(xiàn)有研究中尚未出現(xiàn)壓剪下組合遍布節(jié)理參數影響的巖體的破壞力學行為研究。為此，本文對遍布節(jié)理巖體進行壓剪試驗，研究節(jié)理傾角和間距組合參數對巖體強度、破壞規(guī)律等力學性質的綜合影響，同時采用聲發(fā)射設備監(jiān)測試樣的微觀破裂行為。

1 試驗概況

1.1 試樣制備

采用18目(1mm)粒徑以下的細砂作為骨料，采用C42.5號的白色水泥為膠結材料。水泥砂漿中白水泥、細砂、水按體積比2︰1︰1配置。澆筑好的水泥砂漿在室溫下養(yǎng)護24h后拆模，再在養(yǎng)護箱中養(yǎng)護28d后進行試驗。通過制作不同類型標準試樣并進行測試，得到類巖材料的基本力學參數如表1所示，其與脆性巖石試樣力學參數類似，因而可用于節(jié)理巖石力學性質的研究。由于現(xiàn)實節(jié)理巖石試樣存在制作困難、內部均質性等問題，采用類巖材料進行試驗研究更易操作、結果規(guī)律更可靠。

表1 類巖材料的基本力學參數

試驗研究的節(jié)理試樣尺寸(高×寬×厚)為100mm×100mm×30mm，試樣內節(jié)理采用插入0.6mm厚度的云母片的方法制作以模擬現(xiàn)實巖體中由泥土或碎屑充填的閉節(jié)理，云母片長為15mm，節(jié)理巖橋長為20mm，試件尺寸及節(jié)理參數分布如圖1。采用云母片制作閉節(jié)理的方法適用于整體研究節(jié)理參數(如傾角、長度)對巖體力學性質的影響，其簡化了節(jié)理的內在力學參數，存在未考慮節(jié)理面之間摩擦性的局限性。結合現(xiàn)實巖體節(jié)理間距與巖體尺寸比，試樣設置4種不同節(jié)理間距(d為15mm、22mm、29mm、36mm 4種)，每種節(jié)理間距下含6種不同傾角(0°、30°、45°、60°、75°和90°)。為確保節(jié)理制作位置的精確性，先打印按節(jié)理布置與試樣大小相等的紙張，裁剪后拓在磨具上進行節(jié)理制作。節(jié)理試樣以S-a-b來命名，“S”指試樣，“a”指試樣的節(jié)理間距d，“b”指試樣的節(jié)理傾角α。

圖1 試件尺寸及節(jié)理參數分布

1.2 試驗過程

本次試驗采用新三思軸向加載試驗機，加載方式以0.1mm·min-1的位移控加載。將巖石力學常規(guī)試驗中所用變角度壓剪盒固定于儀器壓頭上，固定壓剪角為45°，從而形成壓剪系統(tǒng)(圖2)。為研究試樣的破壞過程，采用高清攝像儀對試驗過程進行記錄。與加載過程同步，采用聲發(fā)射設備監(jiān)測加載過程中試樣的聲發(fā)射活動。現(xiàn)場整體試驗裝置及示意如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場試驗裝置及示意圖

2 遍布節(jié)理試樣的力學特性

2.1 壓剪荷載下遍布節(jié)理試樣的破壞模式

單裂隙試樣在軸向荷載作用下沿著裂隙會發(fā)育拉伸裂紋(翼裂紋)和次生裂紋兩種裂隙(王飛等， 2018)。根據裂隙沿節(jié)理面不同方向，次生裂紋可分為類平面次生裂紋和斜次生裂紋(圖3)。根據試驗結果中不同類型裂隙主導試樣破壞，將遍布節(jié)理類巖試樣的破壞模式劃分為3種：平面剪切破壞、類完整性剪切破壞和斜剪切破壞。

圖3 原有裂隙在荷載作用下發(fā)育裂隙類型

2.1.1 節(jié)理傾角對試樣破壞模式的影響

S-22-0試樣(圖4a)在壓剪加載初期上部節(jié)理先產生拉伸翼裂紋，翼裂紋隨著荷載的增大而擴展。但隨著荷載不斷增大，裂隙擴展沒有得到延續(xù)且呈現(xiàn)出緩慢閉合的趨勢。剪切面兩端開始形成類平面次生裂紋，在荷載作用下不斷擴展、貫通巖橋，最終沿著試樣中部節(jié)理面形成平面剪切破壞。這種由類平面次生裂紋占主導作用形成的剪切破壞定義為平面剪切破壞(Ⅰ破壞模式)。

S-22-45試樣(圖4c)在加載初期試樣節(jié)理裂紋發(fā)育較少。隨荷載增強，試樣兩端先產生裂隙，試樣左上部沿節(jié)理面方向類平面剪切裂紋不斷發(fā)育，進而節(jié)理裂隙間不斷搭接。但局部的損傷沒有完全破壞節(jié)理試樣，而是由試樣中上部附近形成由斜次生裂紋、類平面次生裂紋相互搭接構成的剪切面導致試樣破壞。這種由2類裂紋相互貫通形成的破壞現(xiàn)象定義為類完整性剪切破壞(Ⅱ破壞模式)。節(jié)理傾角30°試樣(圖4b)與45°試樣裂隙發(fā)育形成的貫通路徑不同，但其均由類平面剪切裂紋、斜次生裂紋相互搭接貫通形成破壞面，也為類完整性剪切破壞。

S-22-90試樣(圖4d)加載初期與剪切面相交的中部節(jié)理位置發(fā)育翼裂紋、試樣兩端局部開裂。隨后，與剪切面相交節(jié)理逐步發(fā)育斜次生裂紋。斜次生裂紋在相鄰節(jié)理之間不斷搭接，進而形成與剪切面類似平行的貫通節(jié)理的剪切面。由斜次生裂紋主導試樣貫通剪切破壞的模式定義為斜剪切破壞(Ⅲ破壞模式)。

圖4 不同節(jié)理傾角試樣的破壞模式

觀察不同節(jié)理傾角試樣的破壞模式(表2)可以發(fā)現(xiàn)節(jié)理傾角在影響試樣破壞模式上起主導作用：節(jié)理傾角較小時(0°)試樣破壞模式均為Ⅰ破壞模式； 隨著傾角的增大(30°～60°)為Ⅱ破壞模式； 75°～90°傾角試樣的破壞模式為Ⅲ或Ⅱ破壞模式。

表2 不同節(jié)理傾角、間距試樣的破壞模式

2.1.2 節(jié)理間距對破壞模式的影響

當節(jié)理傾角α=0°時，不同節(jié)理間距的試樣破壞模式均為Ⅰ破壞模式(表2)。節(jié)理間距的改變會引發(fā)節(jié)理尖端翼裂紋的發(fā)育、搭接位置的改變，但整體上試樣內部都在中部剪切應力面上形成由類平面剪切裂紋貫通的剪切破壞面。節(jié)理間距只影響節(jié)理試樣上翼裂紋的發(fā)育情況。

當節(jié)理傾角α=45°時，不同節(jié)理間距的試樣破壞模式均為Ⅱ破壞模式(表2)。不同節(jié)理間距試樣的破壞路徑存在一定的差異，節(jié)理間距的增大會導致試樣表面的裂紋數量減小。節(jié)理傾角為30°、60°的試樣與節(jié)理傾角45°試樣的裂紋發(fā)育規(guī)律類似。

當節(jié)理傾角α=75°時，節(jié)理間距為15mm的試樣為Ⅲ破壞模式，其余節(jié)理試樣為Ⅱ破壞模式(表2)。試樣中不同節(jié)理間距會導致破壞模式發(fā)生改變。即使相同破壞模式的試樣其破壞路徑也各有差異。節(jié)理間距越小節(jié)理尖端斜次生裂紋發(fā)育越多，越有利于裂紋搭接、貫通形成斜剪切破壞。

當節(jié)理傾角α=90°時，節(jié)理間距15mm、22mm為Ⅲ破壞模式，節(jié)理間距29mm、36mm為Ⅱ破壞模式(表2)。圖5顯示了90°節(jié)理傾角下不同節(jié)理間距試樣的破壞模式。90°傾角下試樣的剪切應力方向與節(jié)理垂直，易引起斜次生裂紋的發(fā)育且節(jié)理間巖橋較小易引起裂紋的搭接、貫通，因而90°試樣斜剪切破壞數量相較75°試樣數量增加。節(jié)理間距較大時(圖5a和圖5b)，斜次生裂紋起裂后的擴展極其困難，會與拉伸裂紋相互搭接、貫通，因而節(jié)理間距29mm、36mm試樣均為類完整性剪切破壞。而節(jié)理間距為15mm和22mm時(圖5c和圖4d)，相鄰節(jié)理在剪切荷載的作用下易相互搭接形成斜次生裂紋，最終斜次生裂紋以節(jié)理端點為接點相互貫通破壞試樣，其破壞模式為斜剪切破壞。

圖5 不同節(jié)理間距巖體破壞模式

觀察不同節(jié)理間距試樣破壞模式(表2)可發(fā)現(xiàn)：隨著節(jié)理間距的增大，平面剪切破壞數量不變，類完整性剪切破壞數量不斷增加，斜剪切破壞不斷減小。因而，節(jié)理間距改變會引起試樣破壞模式的改變，影響程度與節(jié)理傾角有關。

2.2 節(jié)理傾角、間距對試樣峰值剪切強度的影響

在壓模端面與壓力機承壓板間放置滾柱板，因而滾動摩擦系數為0。試驗研究中，固定壓剪角為45°，剪切面上的正應力等于剪應力。對于相同節(jié)理布置的試件，進行完全相同的3次重復試驗，選取平均值作為該試件試驗結果。節(jié)理試樣的峰值剪切強度試驗結果列在表3。

表3 節(jié)理試樣的抗剪強度

削弱度定義為節(jié)理對試件抗剪承載力的削弱值與無節(jié)理試件抗剪承載力的比值。45°壓剪角下的完整試樣的峰值剪切強度為9.59MPa。計算不同節(jié)理試樣的削弱度列在表3中。從表3中可以發(fā)現(xiàn)：節(jié)理試樣弱化程度范圍為15.95%～56.62%； 相同節(jié)理間距傾角0°的試樣削弱度最大， 45°削弱度最??； 相同節(jié)理傾角，削弱度隨著節(jié)理間距減小不斷增大； S-36-45節(jié)理試樣削弱度最小為15.95%，S-15-0節(jié)理試樣削弱度最大為56.62%。

2.2.1 節(jié)理傾角對試樣峰值剪切強度的影響

節(jié)理試樣的峰值剪切強度隨節(jié)理傾角變化如圖6所示。從圖中可以看出：試樣的峰值剪切應力隨傾角呈現(xiàn)先增加后減小，其中45°節(jié)理試樣的峰值強度最大。在0°節(jié)理傾角下試樣沿剪切面的裂隙最長、巖橋最小，在該剪切面上易引發(fā)平面剪切裂紋進而貫通試樣，因此0°節(jié)理試樣的剪切強度最小。節(jié)理傾角30°～45°，隨著節(jié)理傾角的增大，剪切應力面上節(jié)理之間的巖橋增大，試樣在45°節(jié)理之間巖橋長度最大，節(jié)理試樣均發(fā)生類完整性剪切破壞，因而峰值剪切強度增大。節(jié)理傾角在60°～90°，節(jié)理方向與剪切面逐漸趨向垂直，剪切應力面上節(jié)理之間巖橋長度不斷減小，節(jié)理兩端斜剪切裂紋發(fā)育增強，試樣的破壞模式也由類完整性破壞向斜剪切破壞轉變，因而試樣的峰值剪切強度不斷減小。

圖6 不同節(jié)理傾角試樣的峰值剪切強度

2.2.2 節(jié)理間距對試樣峰值剪切強度的影響

圖7為試樣的峰值剪切強度隨節(jié)理間距變化圖。從圖中可以看出：相同節(jié)理傾角下試樣的峰值剪切應力隨著節(jié)理間距的增加不斷增大，節(jié)理間距29mm與節(jié)理間距36mm的試樣峰值剪切強度大致相等。節(jié)理間距的增加導致預制節(jié)理之間的巖橋長度增加，貫通難度加大，從而峰值剪切強度增大?，F(xiàn)實巖體中節(jié)理間距的增大會導致節(jié)理密度的減小，而本次試驗中由于試樣尺寸的恒定， 29mm和36mm節(jié)理間距的改變沒有引起試樣內節(jié)理密度的增加，因而，節(jié)理間距29mm與36mm的試樣峰值剪切強度近似相同。

圖7 不同節(jié)理間距試件的峰值剪切強度

2.3 節(jié)理試樣的剪切應力-位移曲線

根據試驗機記錄的軸向荷載和軸向位移曲線得到試樣的剪切應力-位移曲線。不同傾角下節(jié)理試樣的剪切應力-位移曲線(圖8a)隨傾角變化其曲線在微裂隙閉合階段有一定的重合性，而其他階段體現(xiàn)出明顯的差異(峰后階段尤其明顯)。節(jié)理間距為15mm的試樣， 45°節(jié)理傾角試樣的應力-位移曲線在峰后階段產生應力突降，其他試樣的應力-位移曲線則緩慢下降。節(jié)理試樣的應力-位移曲線在峰后階段的應力曲線斜率與破壞模式有一定相關性： 45°、60°、30°節(jié)理傾角試樣破壞模式為類完整性剪切破壞， 45°節(jié)理傾角試樣曲線產生應力突降現(xiàn)象， 60°和30°節(jié)理試樣應力曲線斜率也較大； 75°和90°節(jié)理試樣在峰后階段應力曲線斜率較小，由于試樣的破壞模式為斜剪切破壞導致試樣峰值剪切強度較小進而下降較慢； 0°節(jié)理試樣的峰后曲線斜率最小，由于其破壞模式為平面剪切破壞導致其峰值剪切強度較低進而峰后曲線相對平緩。節(jié)理間距為36mm的試樣其峰后曲線出現(xiàn)應力突降或多級應力突降現(xiàn)象。與節(jié)理間距15mm的試樣相比，節(jié)理間距為36mm的試樣破壞后曲線易產生應力突降。

不同節(jié)理間距試樣的剪切應力-位移曲線(圖8b)呈現(xiàn)出以下特點：節(jié)理間距越大的試樣其峰值剪切強度越大； 不同節(jié)理間距試樣曲線變化形態(tài)大致相似，但曲線斜率與節(jié)理間距具有相關性。對于0°節(jié)理傾角試樣，不同間距其峰后曲線均呈平緩下降趨勢，節(jié)理間距越大則試樣的峰后曲線斜率相對越大。節(jié)理傾角為60°的試樣，破裂后階段具有明顯的應力突降，節(jié)理間距越大應力突降值相對越大。

圖8 壓剪荷載下節(jié)理試樣的剪切應力-位移曲線

3 節(jié)理試樣聲發(fā)射特征參數分析

3.1 不同節(jié)理間距試樣聲發(fā)射活動差異性分析

聲發(fā)射撞擊數體現(xiàn)了破裂活動的總量和頻度，它是超過聲發(fā)射門檻值并被通道獲取的信號(紀洪廣等， 2015)。圖9為不同試樣撞擊數和剪切應力隨時間變化情況。從圖中可以發(fā)現(xiàn)：完整試樣(圖9a)在壓密階段最大撞擊數小于節(jié)理試樣(圖9b～圖9d)的最大撞擊數，在壓密階段隨著節(jié)理間距減小聲發(fā)射撞擊數增大； 節(jié)理試樣在壓密階段的聲發(fā)射單位最大撞擊數大于其在裂紋擴展、破壞階段。完整試樣在壓密階段孔隙相對較少，遍布節(jié)理試樣由于內置裂紋且量大，其在壓密階段試樣不斷壓縮內在裂隙，進而產生大量的聲發(fā)射活動，聲發(fā)射撞擊數遠大于完整試樣的撞擊數。節(jié)理試樣S-36-45與試樣S-29-45相比，雖然節(jié)理間距減小，但裂隙密度并未有太大變化，因而其聲發(fā)射活動單位撞擊數峰值和形態(tài)差異性不大(圖9b～圖9c)。而節(jié)理間距22mm的試樣斷續(xù)節(jié)理增加較多，其在壓密階段單位最大撞擊數會更大(圖9d)，在荷載的作用下其內部裂紋更易相互搭接、貫通形成整體較強的聲發(fā)射活動。節(jié)理試樣在壓密階段的單位最大撞擊數大于裂隙擴展、破壞階段的原因在于節(jié)理試樣內置裂隙處于張開狀態(tài)，其在壓密階段荷載作用下全部進行壓密、閉合，所有斷續(xù)節(jié)理將同時產生大量聲發(fā)射活動，而試樣在裂紋擴展、破壞階段其內部是密實的，聲發(fā)射活動來源于沿著主要破壞面的裂紋擴展，因而其單位撞擊數小于壓密階段。

圖9 不同節(jié)理試樣的剪切應力-時間曲線及聲發(fā)射特征

撞擊數反應聲發(fā)射的頻度，而聲發(fā)射能量反映信號的強度。針對聲發(fā)射能量數據進行統(tǒng)計分析，圖10a為完整試樣(S-WZ)和節(jié)理試樣(S-36-45)能量柱狀圖和能量累積隨時間變化。完整試樣的能量釋放呈現(xiàn)多個峰值而節(jié)理試樣峰值較少，因而節(jié)理試樣的最大峰值(19494)大于完整試樣(7603)； 完整試樣的能量和(92320)大于節(jié)理試樣能量和(85330)。完整試樣在其受載過程中呈現(xiàn)漸進式突破，歷經蓄能、突破、再蓄能式不斷前進的過程，因而能量釋放呈現(xiàn)多個峰值。遍布節(jié)理試樣由于內置裂隙的存在，其破壞圍繞斷續(xù)節(jié)理不斷起裂、擴展，最終形成貫通破壞面導致能量驟然釋放，因而其峰值數較少且最大峰值能量大于完整試樣。

圖10 不同節(jié)理間距試樣對聲發(fā)射能量的影響

圖10b展示了節(jié)理間距對試樣聲發(fā)射活動的影響。隨節(jié)理間距的減小，節(jié)理試樣的能量峰值減小，其與試樣強度具有一致性； 但隨著節(jié)理間距的減小，節(jié)理試樣的能量累積值逐漸增大。由于能量累積的大小與時間相關，為了體現(xiàn)試樣整體聲發(fā)射活動效率，不同節(jié)理間距試樣進行了能量均值求解。能量均值隨節(jié)理間距減小而增大。節(jié)理間距越小，斷續(xù)節(jié)理越密集，荷載作用下節(jié)理尖端易產生較多的裂紋。節(jié)理間距越小其內部的裂紋量越多，基于損傷理論、能量守恒，其試樣破壞過程需要的能量也越多。

3.2 不同傾角節(jié)理試樣聲發(fā)射活動差異性分析

對不同節(jié)理傾角試樣的聲發(fā)射撞擊數、能量等數據進行處理統(tǒng)計，分析節(jié)理傾角對聲發(fā)射活動的影響。圖11a為22mm節(jié)理間距下不同傾角試樣在壓密階段和裂隙擴展破壞階段的最大撞擊數統(tǒng)計。S-22-0、S-22-45節(jié)理試樣壓密階段最大撞擊數大于裂隙擴展破壞階段，其他傾角試樣壓密階段峰值撞擊數小于裂隙擴展破壞階段峰值撞擊數。不同傾角節(jié)理試樣聲發(fā)射撞擊數的差異性與試樣的破壞模式及具體的裂紋擴展、破壞路徑有一定的相關性，因而壓密階段最大撞擊數與破壞階段最大撞擊數不具有絕對的對應關系。

圖11 不同節(jié)理傾角試樣對聲發(fā)射活動的影響

圖11b為聲發(fā)射活動隨傾角變化的能量指標變化情況(圖中省略了45°能量累積曲線)。將圖中峰值能量進行對比可以發(fā)現(xiàn)：試樣峰值能量隨節(jié)理傾角從0°增加到45°而增大，隨節(jié)理傾角從45°增加到90°而減小。試樣峰值能量變化規(guī)律與峰值剪切強度隨傾角變化規(guī)律相同。分析圖9b中聲發(fā)射能量累積曲線可以發(fā)現(xiàn)：S-22-90試樣達到破壞的加載時間相對較長，S-22-0試樣達到破壞的加載時間最短，加載至破壞時間的長短與試樣的破壞模式有一定的相關性。S-22-0試樣為平面剪切破壞，其破壞路徑已知且較短，沿著剪切面不斷克服巖橋、最終貫通，因而時間相對較快。S-22-90試樣為斜剪切破壞，其以斜次生裂紋擴展、貫通破壞試樣，但試樣先產生翼裂紋后產生斜次生裂紋，其產生較慢且試樣內部產生大量裂紋，因而加載至破壞時間較長。對能量累積值進行單位能量均值求解，能量均值(圖11b)結果表明：單位時間的能量均值呈現(xiàn)出隨傾角增大先增大后減小的變化趨勢且在45°最大，其能量均值變化規(guī)律與試樣的峰值強度變化規(guī)律一致。

4 結 論

(1)根據不同發(fā)育裂隙主導試樣破壞，遍布節(jié)理試樣破壞模式分為3類。節(jié)理傾角在節(jié)理試樣破壞模式上起主導作用：節(jié)理傾角較小時(0°)試樣破壞模式均為平面剪切破壞； 隨著傾角的增大(30°～60°)為類完整性剪切破壞； 75°～90°則為斜剪切破壞或類完整性剪切破壞。隨著節(jié)理間距的增大，部分斜剪切破壞轉化為類完整性剪切破壞。

(2)節(jié)理試樣的峰值剪切強度隨著節(jié)理間距的增大逐漸增強； 試樣峰值剪切強度隨傾角增加先增大、在45°取得最大值、而后不斷減小。遍布節(jié)理對巖樣強度有很強的弱化作用，其弱化程度范圍為15.95%～56.62%，S-15-0試樣削弱度最大為56.6%。

(3)完整試樣在壓密階段最大撞擊數小于節(jié)理試樣的最大撞擊數，節(jié)理試樣在壓密階段隨著節(jié)理間距減小聲發(fā)射最大撞擊數增大。節(jié)理試樣聲發(fā)射最大峰值能量與試樣強度呈現(xiàn)正相關性，聲發(fā)射峰值能量隨節(jié)理間距減小而減小，但均值能量隨節(jié)理間距減小而增大。節(jié)理試樣的峰值能量和均值能量隨節(jié)理傾角增大均呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。