宋 浩 然，許 家 臣，張 慶 文，郭 永 發(fā)，許 國(guó) 權(quán)，李 濤

(1.西南林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224； 2.中鐵二院昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，云南 昆明 650200； 3.中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司，陜西 寶雞 721006)

0 引 言

巖石是自然形成的復(fù)雜地質(zhì)體，其內(nèi)部含有原始缺陷。巖石在加載時(shí)內(nèi)部微小裂紋的閉合，以及新裂紋的萌生、擴(kuò)展和貫通會(huì)導(dǎo)致巖石的損傷和變形。這種在巖石內(nèi)部產(chǎn)生的微破裂會(huì)誘發(fā)不同頻率、不同能量的聲波，即巖石的聲發(fā)射[1](Acoustic emission，AE)。巖石的聲發(fā)射能夠反映巖石損傷積累的過(guò)程，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者都采用聲發(fā)射無(wú)損監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)分析巖石破壞的過(guò)程，并提出了合理的巖石破壞前兆判據(jù)，對(duì)地下工程中巖體的穩(wěn)定性及安全性的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)具有重要意義。

美國(guó)礦山局的Obert早在20世紀(jì)30年代就發(fā)現(xiàn)了巖石內(nèi)部存在聲發(fā)射活動(dòng)，并且用于礦山穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)和巖爆預(yù)測(cè)中[2]。此后，AE技術(shù)廣泛應(yīng)用在金屬礦山、地下硐室、隧道工程、壩基的巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)中，并逐步擴(kuò)展到邊坡失穩(wěn)的研究中。李俊平等[3]對(duì)大理巖、磁鐵礦、矽卡巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖的聲發(fā)射特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)巖石破壞的聲發(fā)射過(guò)程分為4個(gè)階段，即初始區(qū)(Ⅰ)、劇烈區(qū)(Ⅱ)、下降區(qū)(Ⅲ)和沉寂區(qū)(Ⅳ)。在巖石破壞聲發(fā)射的前兆特征分析方面[4-6]，基于試樣破壞全過(guò)程的聲發(fā)射特征，推斷試樣的損傷演化規(guī)律，學(xué)者們提出了相對(duì)平靜期和破壞前兆特征的概念。張茹等[7]、趙興東等[8]、李浩然等[9]在對(duì)花崗巖破裂失穩(wěn)的聲發(fā)射試驗(yàn)研究中，利用AE事件率和AE能率來(lái)反映裂紋發(fā)展及貫通的情況，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射活動(dòng)呈現(xiàn)“相對(duì)平靜、間隔突發(fā)”的規(guī)律。在分形特性研究方面[10-12]，學(xué)者們引入了關(guān)聯(lián)分維函數(shù)，發(fā)現(xiàn)m值的變化趨勢(shì)和關(guān)聯(lián)維數(shù)的變化趨勢(shì)是一致的，且聲發(fā)射過(guò)程參數(shù)的分形特征具有一定的尺度范圍，超出這個(gè)尺度范圍后分形特征便不明顯。尹賢剛等[13]對(duì)巖石聲發(fā)射強(qiáng)度分形特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)加載中后期聲發(fā)射強(qiáng)度分形維值出現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性，其值逐漸由大變小，試件破壞前的分形維值最小，并指出可以利用分形維數(shù)的持續(xù)降低作為巖石失穩(wěn)破壞的前兆。在聲發(fā)射空間分布研究方面[14-18]，研究者開展了破壞全過(guò)程聲發(fā)射定位試驗(yàn)，利用聲發(fā)射時(shí)空演化特征、能量釋放規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了AE空間分布對(duì)巖石主破裂面演化的指示作用和對(duì)裂紋追蹤的有效性。

巖石的聲發(fā)射主要是由內(nèi)部微破裂產(chǎn)生的，它與巖石的非彈性變形有關(guān)。巖石的非彈性性質(zhì)又由應(yīng)力狀態(tài)、變形時(shí)間、變形歷史、溫度、含水量等許多因素確定[19]。在巖石含水率與聲發(fā)射特征參數(shù)關(guān)系方面，文圣勇等[20]，張安斌等[21]，陳春諫等[22]，運(yùn)用累計(jì)聲發(fā)射特征參數(shù)的變化情況來(lái)推斷巖石內(nèi)部損傷演化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)隨著含水率的增加，巖樣破壞逐漸從脆性破壞向延性破壞過(guò)渡。

在以上研究的基礎(chǔ)上，為了解浸水對(duì)圍巖抗壓特性的影響，本文以滇中引水大理Ⅱ標(biāo)段板凳山隧洞一號(hào)支洞泥質(zhì)粉砂巖為例，針對(duì)不同含水率的泥質(zhì)粉砂巖進(jìn)行單軸分級(jí)加載，采用G-P算法研究浸水砂巖破壞過(guò)程的AE振鈴計(jì)數(shù)的分形特征以及AE事件空間分布，以此推斷圍巖的損傷破裂情況，以為隧洞掌子面圍巖穩(wěn)定分析提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)備與方法

1.1 巖石試樣制備

滇中引水工程楚雄段約91.4%的線路在“滇中紅層”中穿越。本文試樣取自板凳山隧洞泥質(zhì)粉砂巖，取樣里程為DLⅡ96+750，按照SL264-2001《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》[23]及GB/T50266-2013《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[24]中相關(guān)規(guī)定，將試樣加工成規(guī)格為50 mm×100 mm，高徑比為2∶1的圓柱體。采用試樣切割機(jī)對(duì)試樣兩端進(jìn)行平整，兩端面平整誤差小于0.02以內(nèi)。為了研究不同浸水時(shí)間對(duì)軟巖單軸抗壓特性的影響，在加載試驗(yàn)開始前分別測(cè)試天然干燥狀態(tài)、浸水1 d、浸水3 d、浸水7 d的含水率，結(jié)果如表1所列。

表1 不同浸水時(shí)間泥質(zhì)粉砂巖含水率

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

1.2.1單軸分級(jí)加載

加載設(shè)備為CSS-WAW-600型電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(見(jiàn)圖1)，測(cè)量精度為±1%。為了防止試樣在加載過(guò)程中突然破壞，采用軸向單軸分級(jí)加載的方式，加載速度為0.25 kN/s，當(dāng)加載至10，15，20，25，30 kN時(shí)穩(wěn)壓1 min。在試樣兩端涂抹凡士林以盡量減少端部效應(yīng)和應(yīng)力集中對(duì)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)的影響。

圖1 試驗(yàn)儀器布置Fig.1 Layout of test instruments

1.2.2聲發(fā)射監(jiān)測(cè)

聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備采用北京軟島時(shí)代科技有限公司DS5系列的八通道全信息聲發(fā)射信號(hào)分析系統(tǒng)。為了在試樣面上預(yù)留足夠的面積用于散斑圖像采集，將4個(gè)RS-2A傳感器對(duì)稱布置于距離試樣端面10 mm處并用膠帶固定。傳感器與試樣之間涂抹凡士林以加強(qiáng)耦合效果。前置放大器增益設(shè)為40 dB，門限值設(shè)為100 mV，采樣率為6 MHz。采用硬件模擬濾波器(下限頻率設(shè)為100 kHz，上限頻率設(shè)為400 kHz)過(guò)濾噪聲。與加載試驗(yàn)同時(shí)開始記錄聲發(fā)射數(shù)據(jù)。

1.2.3應(yīng)變監(jiān)測(cè)

應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)備為非接觸式應(yīng)變位移視頻測(cè)量分析儀XTDIC。采用德國(guó)Basler acA2440-75 um的視覺(jué)監(jiān)測(cè)黑白工業(yè)相機(jī)，配備25 mm鏡頭，對(duì)加載過(guò)程的試樣其表面人工散斑圖進(jìn)行采集，幀速率為75fps，圖像分辨率為2 448像素×2 048像素。為了增強(qiáng)圖像采集效果，人工散斑圖的制作是在試樣表面均勻噴上啞光白漆然后用黑色記號(hào)筆進(jìn)行打點(diǎn)隨機(jī)布滿在表面，以減少試樣表面反光的影響。

2 分形特征理論分析

2.1 計(jì)算關(guān)聯(lián)維數(shù)

1983年，Grassberger和Procaccia根據(jù)嵌入理論和重構(gòu)相空間思想提出了從時(shí)間序列直接計(jì)算關(guān)聯(lián)維數(shù)D的G-P算法[8]。將聲發(fā)射過(guò)程的基本參數(shù)序列作為研究對(duì)象，則每一個(gè)聲發(fā)射過(guò)程的基本參數(shù)序列可對(duì)應(yīng)一個(gè)容量為n的系列集：

X={x1，x2，…，xn}

(1)

根據(jù)式(1) 可以構(gòu)造一個(gè)m維的相空間(m

X1={x1，x2，…，xm}

(2)

然后向右平移一個(gè)數(shù)據(jù)再取m個(gè)數(shù)構(gòu)成第二個(gè)向量

X2={x2，x3，…，xm+1}

(3)

依次類推，就能構(gòu)成N=n-m+1個(gè)向量，相應(yīng)的關(guān)聯(lián)函數(shù)為

(4)

式中：H為Heaviside函數(shù)，其表達(dá)式為

(5)

r為給定的尺度，每一個(gè)尺度r都對(duì)應(yīng)一個(gè)C(r)。在給r取值時(shí)為了避免分散性，r的取值為

r=kr0

(6)

式中：k為比例系數(shù)，r0為

(7)

根據(jù)式(1)～(7)，可以得到n個(gè)(lgr，lgC(r))的點(diǎn)，將其繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中并擬合，如果擬合結(jié)果為直線，則表明聲發(fā)射系列在給定的尺度范圍內(nèi)具有分形特性，關(guān)聯(lián)維數(shù)為直線的斜率。

D=lgC(r)/lgr

(8)

2.2 確定相空間

相空間維數(shù)值對(duì)G-P算法中關(guān)聯(lián)維數(shù)的值影響較大。以d0-3試樣的事件率為列，尺度r保持不變，隨著m值逐漸增大，雙對(duì)數(shù)曲線的斜率逐漸增加，并且增加的速率越來(lái)越慢。在m=4之后斜率的增漲趨于平緩，關(guān)聯(lián)維數(shù)開始穩(wěn)定，因此本文選擇相空間維數(shù)為4進(jìn)行計(jì)算(見(jiàn)圖2)。

圖2 不同相空間維數(shù)m下r-C(r)雙對(duì)數(shù)曲線Fig.2 Curve of lnr-lnC(r)at different phase space dimensions

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 聲發(fā)射參數(shù)特征對(duì)比分析

AE振鈴計(jì)數(shù)是通用的聲發(fā)射評(píng)估技術(shù)。當(dāng)一個(gè)事件撞擊傳感器時(shí)，所形成的超過(guò)預(yù)設(shè)閾值的電信號(hào)中每一振蕩波均記為一個(gè)振鈴計(jì)數(shù)。圖3為選取不同浸泡天數(shù)下的代表巖樣d0-3、d1-2、d3-2、d7-1的時(shí)間-應(yīng)力-振鈴計(jì)數(shù)關(guān)系曲線。為了使振鈴計(jì)數(shù)曲線更加清楚，以便于參數(shù)變化規(guī)律的分析，將每秒振鈴計(jì)數(shù)最大值統(tǒng)一設(shè)置為5 000。

如圖3(a)所示的天然巖樣，在每一階段分級(jí)加載初期，原生裂紋在應(yīng)力作用下被壓密閉合，聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)較為活躍并出現(xiàn)一段振鈴計(jì)數(shù)的相對(duì)峰值；當(dāng)應(yīng)力逐漸穩(wěn)定，AE振鈴計(jì)數(shù)發(fā)生陡降并維持在一個(gè)很低的水平，累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)的增加也趨于平緩。隨著每級(jí)穩(wěn)壓的應(yīng)力增加，振鈴計(jì)數(shù)的相對(duì)峰值呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)有明顯的上升臺(tái)階。當(dāng)逐漸加載至破壞應(yīng)力時(shí)，巖石內(nèi)部裂紋開始擴(kuò)展貫通，AE活動(dòng)頻度激增。破壞時(shí)，巖樣在極短的時(shí)間內(nèi)崩裂并伴隨巨大的聲響，軸向應(yīng)力迅速跌落，累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)迅速躍升，此時(shí)振鈴計(jì)數(shù)最大值達(dá)到94 618。分級(jí)加載階段，平均振鈴計(jì)數(shù)為285.33，占振鈴計(jì)數(shù)最大值的0.30%，累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)為73 122，占計(jì)數(shù)總量的29.60%。

圖3 不同含水率巖樣浸泡時(shí)間-應(yīng)力-振鈴計(jì)數(shù)關(guān)系曲線Fig.3 Immersion time-stress-ringing counting curve of rock specimens with different moisture content

如圖3(b)～(d)所示的浸水巖樣，分別置于水中浸泡1，3 d及7 d。浸泡7 d的巖樣與天然巖樣對(duì)比特別明顯，巖樣的含水率為1.41%，在分級(jí)加載階段AE活動(dòng)較少，累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)沒(méi)有明顯的上升臺(tái)階。由于巖樣的強(qiáng)度衰減，破壞時(shí)聲音沉悶。圖3(b)～(d)中巖樣的計(jì)數(shù)總量分別為239 355，223 028，107 510，分別為天然巖樣計(jì)數(shù)總量的96.90%，90.29%，43.52%。整體來(lái)看，浸水巖樣在分級(jí)加載階段的相對(duì)峰值較低甚至不出現(xiàn)相對(duì)峰值。隨著含水率的增加，累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)的增長(zhǎng)逐漸變緩，在破裂損傷階段，含水率高的巖樣內(nèi)部新裂紋的擴(kuò)展會(huì)較早出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)破裂損傷階段的相對(duì)峰值后，振鈴計(jì)數(shù)會(huì)有明顯的降低，在破壞前累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)便近乎垂直的躍升。而這種累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)的迅速增長(zhǎng)可作為浸水巖樣將要破壞的前兆判據(jù)。

3.2 聲發(fā)射事件空間演化及破壞情況

為了進(jìn)一步研究不同含水率下泥質(zhì)粉砂巖裂紋發(fā)展及貫通破壞情況，以天然巖樣d0-3和浸泡7 d的巖樣d7-1為例，收集了分級(jí)加載全過(guò)程AE定位信號(hào)及不同階段的巖樣照片，如圖4和圖5所示。

圖4 巖樣聲發(fā)射空間定位演化Fig.4 Evolution of AE events spatial location in rock specimens

圖5 巖樣不同階段破壞情況Fig.5 Failure of rock specimens in different stages

如圖4所示，在半徑為25 mm，高度為100 mm的巖樣內(nèi)部，點(diǎn)的位置代表AE定位源，點(diǎn)的顏色代表定位源的能量大小。從圖4和圖5可以看出：在分級(jí)加載壓密階段(0～0.6σm)，巖樣d0-3的定位點(diǎn)分布在試件的兩端，底部的定位點(diǎn)較多且部分能級(jí)介于2～4之間，微裂紋在此處產(chǎn)生，聲發(fā)射數(shù)量占全過(guò)程總量的26.96%。巖樣d7-1的定位點(diǎn)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于d0-3，零星分布于試件的上端部，內(nèi)部砂巖顆粒由壓密導(dǎo)致擠壓錯(cuò)動(dòng)，占全過(guò)程聲發(fā)射總量的4.16%。在破裂損傷階段(0.6～0.8σm)，巖樣d0-3的定位點(diǎn)開始向試件中部擴(kuò)散，部分較高能級(jí)定位點(diǎn)集中在左側(cè)，由于應(yīng)力逐漸升高，舊裂紋開始擴(kuò)展，新裂紋開始產(chǎn)生，占全過(guò)程聲發(fā)射數(shù)量的19.51%。巖樣d7-1在此時(shí)出現(xiàn)能級(jí)較高的定位點(diǎn)，在試件上端部左側(cè)，此處產(chǎn)生小范圍的破裂并伴隨有大量微裂紋產(chǎn)生，占全過(guò)程聲發(fā)射數(shù)量的8.53%。破壞階段(0.8～1σm)，應(yīng)力達(dá)到峰值，巖樣裂紋迅速劇烈擴(kuò)展，聲發(fā)射頻度達(dá)到最高值。巖樣d0-3的定位點(diǎn)相較之前更加集中，主要表現(xiàn)為在試件主破裂面泵集，出現(xiàn)最大能級(jí)為8級(jí)的定位點(diǎn)，附近的平均能級(jí)為4級(jí)，破壞時(shí)發(fā)出一下清脆巨大的聲響。巖樣d7-1的定位點(diǎn)叢集于試件上端部，最大能級(jí)為5級(jí)，附近平均能級(jí)為2，破壞時(shí)發(fā)出一串綿密細(xì)碎的聲響。

從AE定位點(diǎn)能級(jí)的分布及高低情況來(lái)分析，天然巖樣d0-3在破壞時(shí)的峰值能級(jí)及破壞面附近的平均能級(jí)都約為浸水巖樣d7-1能級(jí)的兩倍，巖石內(nèi)部的破壞損傷會(huì)耗散能量，巖石內(nèi)部的能量釋放越多則表明內(nèi)部的損傷程度越大。如圖5所示，巖樣破壞的過(guò)程在整體上是由微裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展、破裂貫通形成主破裂面至破壞的過(guò)程。天然巖樣d0-3在破壞階段產(chǎn)生一條細(xì)微裂縫，主破裂面光滑并在一側(cè)伴有少許細(xì)微裂紋。浸水巖樣d7-1在破壞階段產(chǎn)生大量寬裂縫，主破裂面含有細(xì)碎顆粒，裂紋演化成宏觀破裂面的過(guò)程較天然巖樣d0-3更迅速。對(duì)單軸分級(jí)加載下泥質(zhì)粉砂巖變形破壞的全過(guò)程AE活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，選取振鈴計(jì)數(shù)作為參數(shù)，以每一級(jí)加載時(shí)間段內(nèi)振鈴計(jì)數(shù)的80個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)維數(shù)計(jì)算，得到4種不同含水率巖樣在不同應(yīng)力水平下關(guān)聯(lián)維數(shù)的變化，如圖6所示。在相對(duì)破壞應(yīng)力80%附近的破壞階段，天然巖樣d0-3 的關(guān)聯(lián)維數(shù)D值遠(yuǎn)高于浸水巖樣d7-1，達(dá)到完全破壞時(shí)，天然巖樣d0-3的關(guān)聯(lián)維數(shù)發(fā)生陡降，表明天然巖樣破壞時(shí)產(chǎn)生的AE信號(hào)多且分布散亂無(wú)序。隨著含水率的增加，巖石節(jié)理裂隙及損傷裂縫水壓增加，水起到強(qiáng)浸潤(rùn)、促裂縫、降剪力的作用，加速了裂紋擴(kuò)展成宏觀破裂面的過(guò)程；AE信號(hào)減少且定位點(diǎn)集中，導(dǎo)致破壞階段分形維數(shù)D值較低。峰后階段，AE信號(hào)趨于穩(wěn)定，分形維數(shù)D值衰退較少，表明巖樣因強(qiáng)浸潤(rùn)作用，破壞時(shí)耗散的能量較少，能級(jí)更低，在破裂時(shí)往往會(huì)伴隨更多裂紋的產(chǎn)生。因此巖樣d0-7在達(dá)到峰值應(yīng)力時(shí)，寬裂紋大量產(chǎn)生并迅速擴(kuò)展貫通，最終形成更明顯的宏觀破裂面。

圖6 振鈴計(jì)數(shù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)變化曲線Fig.6 Variation curves of relevant fractal dimensions of ring count

從AE定位點(diǎn)數(shù)量來(lái)分析，在破壞階段，巖樣d0-3的聲發(fā)射數(shù)占全過(guò)程聲發(fā)射數(shù)量的53.53%，而巖樣d7-1的聲發(fā)射數(shù)占全過(guò)程聲發(fā)射數(shù)量的87.83%，說(shuō)明含水率越高的巖樣在壓密階段幾乎沒(méi)有聲發(fā)射現(xiàn)象，這與振鈴計(jì)數(shù)的變化規(guī)律相互吻合。

AE定位點(diǎn)出現(xiàn)快速增漲的現(xiàn)象，表明巖樣內(nèi)部的損傷在不斷積累，是裂紋擴(kuò)展貫通的趨勢(shì)及破壞的前兆，這種定位點(diǎn)激增的現(xiàn)象在含水率較高的巖樣中更加明顯。

3.3 聲發(fā)射參數(shù)分形特征

圖7是以d0-3、d1-2、d3-2、d7-1四種不同含水狀態(tài)下巖樣的振鈴計(jì)數(shù)作為時(shí)間序列，選取加載至破壞最后200個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算關(guān)聯(lián)維數(shù)。圖中關(guān)聯(lián)維數(shù)的擬合曲線，其線性擬合的相關(guān)系數(shù)都高于0.92，說(shuō)明該階段巖樣的振鈴計(jì)數(shù)具有分形特征。巖樣的相關(guān)系數(shù)越高，表明AE振鈴計(jì)數(shù)序列的自相似度越高，分形的效果更明顯，4種巖樣的關(guān)聯(lián)維數(shù)都在0.23～0.28之間。

圖7 關(guān)聯(lián)維數(shù)線性擬合曲線Fig.7 Linear fitting curve of relevant dimensions

從圖6變化曲線上看，4種含水率的巖樣隨著相對(duì)破壞應(yīng)力的增加呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢(shì)，且關(guān)聯(lián)維數(shù)在相對(duì)破壞應(yīng)力80%附近達(dá)到最大值，達(dá)到峰值后關(guān)聯(lián)維數(shù)陡然下降至一個(gè)最小值并且都穩(wěn)定在相似水平，即0.020～0.035附近。在相對(duì)應(yīng)力水平80%以前，關(guān)聯(lián)維數(shù)都呈上漲趨勢(shì)。結(jié)合圖4聲發(fā)射定位點(diǎn)的演化可知，隨著含水率的增加，顆粒間因水巖作用導(dǎo)致黏結(jié)性下降，每一級(jí)加載過(guò)程中聲發(fā)射活動(dòng)更加稀少且AE活動(dòng)的空間分布更趨向于局部化，關(guān)聯(lián)維數(shù)不斷降低。

從上述分析可知，不同含水率下泥質(zhì)粉砂巖在分級(jí)加載至破壞的全過(guò)程中的AE振鈴參數(shù)具有分形特征，并且能夠很好地反映巖石內(nèi)部損傷的發(fā)展情況。關(guān)聯(lián)維數(shù)的增長(zhǎng)表明巖石內(nèi)部的損傷隨著應(yīng)力不斷增加，當(dāng)關(guān)聯(lián)維數(shù)開始降低時(shí)，說(shuō)明巖樣內(nèi)部裂紋發(fā)展貫通并形成了宏觀面上的破壞。含水率的增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致AE活動(dòng)的頻度下降，AE空間定位更加集中在破壞面附近，關(guān)聯(lián)維數(shù)更低，破壞時(shí)產(chǎn)生更多的伴生裂紋，破壞方式由伴有劇烈聲響的脆性破壞逐漸轉(zhuǎn)為密集細(xì)微聲響的延性破壞。

4 結(jié) 論

(1) AE振鈴計(jì)數(shù)能夠反映巖石活動(dòng)的強(qiáng)度和頻度，振鈴計(jì)數(shù)的迅速增加表明巖樣內(nèi)部的損傷呈有發(fā)展趨勢(shì)，振鈴計(jì)數(shù)具有分形特征并且其關(guān)聯(lián)維數(shù)能夠很好地表明巖石內(nèi)微損傷的發(fā)展情況。

(2) 巖樣的破壞過(guò)程在整體上是一個(gè)包含微裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展、破裂貫通形成主破裂面至破壞的過(guò)程。含水率越高，巖樣內(nèi)部損傷發(fā)展所需要的能量越低，巖樣在壓密階段的聲發(fā)射頻度越低，破裂損傷階段較天然巖樣有所提前且在破裂周圍有較多微裂紋產(chǎn)生，破壞逐漸從脆性破壞轉(zhuǎn)為延性破壞。

(3) 巖樣AE定位點(diǎn)的數(shù)量變化規(guī)律與振鈴計(jì)數(shù)的變化規(guī)律相吻合。結(jié)合定位點(diǎn)的能級(jí)大小，聲發(fā)射定位點(diǎn)能夠清楚地表明巖樣內(nèi)部的破壞區(qū)域及受損程度，由定位點(diǎn)所叢集的主破裂面可以反映巖樣實(shí)際的宏觀破裂形態(tài)。

(4) 當(dāng)相對(duì)應(yīng)力達(dá)到80%時(shí)，此時(shí)關(guān)聯(lián)維數(shù)為破壞全過(guò)程中的最大值。隨著應(yīng)力的繼續(xù)增加，關(guān)聯(lián)維數(shù)開始下降，在破壞時(shí)達(dá)到最小值，各含水率巖樣關(guān)聯(lián)維數(shù)的最小值介于0.020～0.035，可作為浸水巖樣破壞的前兆判據(jù)。