常新科，吳順川,2，程海勇，傅 鑫

(1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093； 2.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083)

1 研究背景

近年來(lái)，隨著大量地下巖土工程的興建，施工深度不斷增加，高能量、大體量災(zāi)害事故頻發(fā)(沖擊地壓、煤與瓦斯突出、巷道圍巖難以支護(hù)、頂板垮落等)[1-3]，嚴(yán)重威脅施工安全，這些地質(zhì)災(zāi)害是巖石失穩(wěn)破壞的宏觀力學(xué)表現(xiàn)。巖石作為天然材料，其內(nèi)部含有各種缺陷(孔隙、節(jié)理、微裂隙等)，工程巖體破壞失穩(wěn)是巖石在應(yīng)力場(chǎng)作用下細(xì)觀缺陷損傷發(fā)展至宏觀破裂的漸進(jìn)過(guò)程，因此研究巖石在荷載作用下的破裂機(jī)制及裂紋擴(kuò)展規(guī)律，對(duì)深入了解工程巖體的破壞，以及地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)具有重要的理論意義。

目前，揭示巖石破裂機(jī)制的主要手段有數(shù)值模擬試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室物理力學(xué)試驗(yàn)兩類(lèi)[4-5]。其中數(shù)值模擬方法有FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)[6]、PFC(Particle Flow Code)[7]、RFPA(Realistic Failure Process Analysis)[8]、DDA(Discontinuous Displacement Analysis)[9]、UDEC(Universal Distinct Element Code)[10]等，這些研究的開(kāi)展促進(jìn)了人們對(duì)巖石破裂機(jī)理的認(rèn)識(shí)，但其有效性與巖石物理力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確界定密切相關(guān)，相對(duì)而言，基于實(shí)驗(yàn)室物理力學(xué)試驗(yàn)獲得的巖石破壞機(jī)理分析更為可靠。

聲發(fā)射(Acoustic Emission，AE)技術(shù)是目前公認(rèn)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖石災(zāi)變過(guò)程中微損傷事件孕育萌生、擴(kuò)展、聚合的有效方法。學(xué)者們一方面從AE簡(jiǎn)化參數(shù)角度分析了巖石破壞過(guò)程的發(fā)生機(jī)制[11-13]，另一方面從AE波形及功率譜角度研究了巖石損傷災(zāi)變機(jī)理。張艷博等[14]采用2種類(lèi)型的AE傳感器接收花崗巖破裂過(guò)程的橫、縱波，表明AE橫波和縱波的主頻分別以35～110 kHz和300～500 kHz為主；Petru?lek等[15]通過(guò)巖石破壞時(shí)的實(shí)測(cè)波速反演AE震源，表明AE震源分布與波速密切相關(guān)；婁全等[16]采集了煤樣單軸壓縮破壞過(guò)程中的AE波形，表明裂紋的萌生擴(kuò)展會(huì)使AE主頻及頻譜出現(xiàn)低頻成分；朱振飛等[17]通過(guò)花崗巖巖橋的單軸壓縮AE試驗(yàn)，分析了AE頻譜特征與裂紋擴(kuò)展的關(guān)系，表明AE頻譜對(duì)裂紋擴(kuò)展更靈敏；張國(guó)凱等[18]分析了脆性巖石應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程的特征，表明AE頻譜信息與巖石不同尺度的裂紋擴(kuò)展、發(fā)生相對(duì)應(yīng)。除此之外，張寧博等[19]研究了不同應(yīng)力路徑下大理巖的AE特性，表明巖石彈性階段會(huì)出現(xiàn)明顯的AE次主頻現(xiàn)象；王創(chuàng)業(yè)等[20]分析大理巖在單軸壓縮試驗(yàn)下的AE頻譜特征，表明AE次主頻特征并非全部波形的共有現(xiàn)象；班宇鑫等[21]通過(guò)結(jié)合巴西劈裂法和數(shù)字圖像技術(shù)對(duì)頁(yè)巖裂隙形態(tài)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，表明忽略次主頻將會(huì)在分析巖石破壞、變形時(shí)造成嚴(yán)重影響。這些研究均表明AE波形可表述巖石損傷的漸進(jìn)過(guò)程，其頻域特征能夠反演巖石破壞模式和裂紋擴(kuò)展規(guī)律。但地下空間中的巖石破裂時(shí)裂紋如何擴(kuò)展、貫通，破壞原因來(lái)自壓拉應(yīng)力或壓剪應(yīng)力尚不完全清楚[22]，而且由于采集到的AE波形數(shù)據(jù)量巨大、時(shí)域參數(shù)眾多、頻域參數(shù)復(fù)雜，目前對(duì)AE信號(hào)反映巖石破裂模式及裂紋擴(kuò)展規(guī)律的研究仍不夠全面。

基于此，本文通過(guò)對(duì)四川盆地細(xì)砂巖進(jìn)行壓、剪、拉(單軸壓縮、定角壓剪、巴西劈裂)AE試驗(yàn)，采集巖石在不同應(yīng)力狀態(tài)破壞下的AE全波形，對(duì)波形信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)性定量分析，并基于小波閾值去噪方法對(duì)原始波形進(jìn)行去噪處理，再采用快速傅里葉變換獲得其頻譜信息，聯(lián)合主頻、次主頻，深入挖掘AE波形與巖石損傷破裂機(jī)制間的內(nèi)在聯(lián)系。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試樣制備

試驗(yàn)所用試樣為四川盆地細(xì)砂巖，取樣過(guò)程符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)加工成不同尺寸的圓柱體和立方體[23]，以滿足試驗(yàn)加載方式。單軸壓縮試驗(yàn)采用圓柱體試樣4塊(直徑50 mm，高度100 mm)，編號(hào)UC；剪切試驗(yàn)采用角模剪斷法，正立方體試樣3塊(邊長(zhǎng)50 mm)，編號(hào)CS；拉伸試驗(yàn)采用巴西劈裂試驗(yàn)法，圓盤(pán)試樣8塊(直徑50 mm，厚25 mm)，編號(hào)BT。

2.2 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

細(xì)砂巖的單軸壓縮試驗(yàn)搭配加載系統(tǒng)配置的巖石專用引伸計(jì)完成；壓剪試驗(yàn)搭配角模剪斷試驗(yàn)儀實(shí)現(xiàn)，該裝置由2個(gè)傾斜模具組成，模具間的夾角α可在20°～70°間變化，本研究采用60°夾角；巴西劈裂試驗(yàn)采用平板加載[24]。3種試驗(yàn)荷載均由SAS-2000型微機(jī)控制電液伺服巖石壓力試驗(yàn)機(jī)提供，為使試樣與壓力機(jī)承壓板充分接觸，預(yù)先對(duì)試樣施加1 kN荷載，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，采用軸向等位移控制方式持續(xù)加載，直至試樣發(fā)生完全破壞。其中：?jiǎn)屋S壓縮與壓剪試驗(yàn)的加載速率為0.1 mm/min；巴西劈裂試驗(yàn)加載速率為0.05 mm/min。AE信號(hào)由SAEU2S型多通道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集，采樣頻率1 000 kHz，前置放大器增益40 dB，門(mén)限40 dB，AE傳感器為SR150型高靈敏諧振式傳感器，諧振頻率為150 kHz。在傳感器上涂抹適量聲耦合劑后，對(duì)稱布設(shè)在各試樣側(cè)表面，通過(guò)斷鉛法檢測(cè)各采樣通道的靈敏性，所有試驗(yàn)均保證力學(xué)加載系統(tǒng)與AE采集系統(tǒng)時(shí)間同步。不同加載方式下的試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)Fig.1 Experimental test system

細(xì)砂巖的平均抗壓強(qiáng)度85.40 MPa，平均抗剪強(qiáng)度20.89 MPa，平均抗拉強(qiáng)度2.97 MPa。各試樣破壞后的形態(tài)及其主裂紋分布見(jiàn)圖2，左側(cè)為試樣真實(shí)破壞形態(tài)，右側(cè)為主裂隙的分布，其中宏觀破裂面的形成均發(fā)生在試樣失穩(wěn)瞬間。單軸壓縮試樣破壞形態(tài)為典型的單斜面剪切破壞；定角壓剪試樣沿剪切面斷開(kāi)，剪切口呈光滑直線狀；巴西劈裂試樣的主裂隙沿圓盤(pán)直徑貫穿，主裂隙邊緣存在多條微小裂紋。

圖2 試樣最終破壞形態(tài)及裂紋分布Fig.2 Failure mode and crack distribution of samples

3 AE全波形分析

巖石在受載損傷至破壞過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)細(xì)觀組織變化以及宏觀物理變化，伴隨著不同機(jī)制的AE源。AE全波形能夠?qū)崟r(shí)有效地反映巖石損傷演化的漸進(jìn)過(guò)程，從而揭示AE源在時(shí)域狀態(tài)下蘊(yùn)含的巖石破壞信息。本文對(duì)各試樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)性分析后，得到了相同的結(jié)果，限于篇幅，僅在每組試驗(yàn)中挑選2個(gè)作為代表進(jìn)行闡述。圖3為細(xì)砂巖在單軸壓縮、壓剪和巴西劈裂破壞下的AE全波形實(shí)測(cè)圖。為了定量描述細(xì)砂巖AE源在不同加載方式下的時(shí)域分布特征，在繪制全波形的同時(shí)，以1 s時(shí)間為單位，統(tǒng)計(jì)了各試樣單位時(shí)間內(nèi)的波形百分占比量。

分析圖3(a)可以看出，細(xì)砂巖在單軸壓縮試驗(yàn)初始階段AE幅值較大，波形百分占比量較高，這是由于試樣加壓時(shí)，端部產(chǎn)生的側(cè)向變形被初始摩擦力束縛，形成了非限制性不均勻應(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)由于巖石處在彈性變形范圍內(nèi)，使得AE源相對(duì)活躍；隨著應(yīng)力的增加，巖石彈性變形過(guò)程結(jié)束，試樣在形成微損傷的同時(shí)，抵御破壞的能力也隨之增強(qiáng)，表現(xiàn)為幅值減小，百分占比量逐級(jí)遞減，且這一過(guò)程歷時(shí)較長(zhǎng)，在試樣達(dá)到中高應(yīng)力前才降至最低水平；在試驗(yàn)后期，特別是接近峰值應(yīng)力前，試樣內(nèi)部此前積累的損傷量開(kāi)始發(fā)生質(zhì)變，新裂隙擴(kuò)展速度明顯加快，各裂隙相互交叉、匯合、聚集成核，此時(shí)的試樣再也無(wú)力抵御這種不可逆的破壞，表現(xiàn)為百分占比量瞬間出現(xiàn)遞增趨勢(shì)，并在試樣峰值應(yīng)力時(shí)達(dá)到最高水平，其歷時(shí)明顯縮短。值得注意的是，單軸壓縮試驗(yàn)條件下超高幅值僅出現(xiàn)在試樣峰值應(yīng)力后，這是因?yàn)樵嚇釉诜逯祽?yīng)力后內(nèi)部主破裂面已經(jīng)貫通，在向試樣外表面延伸形成宏觀裂隙的同時(shí)釋放了大量壓縮能。

圖3 單軸壓縮破壞、壓剪破壞和巴西劈裂破壞下細(xì)巖砂AE全波形實(shí)測(cè)圖Fig.3 AE full-waveform under uniaxial compression,fixed-angle compression shear and Brazilian splitting failure

分析圖3(b)可知，細(xì)砂巖試樣處于彈性變形階段時(shí)，損傷破壞活動(dòng)相對(duì)較弱，在壓剪試驗(yàn)初始階段并未產(chǎn)生較高幅值的AE波形，波形百分占比量也相對(duì)較低；隨試樣剪切應(yīng)力的增加，CS-1試樣與CS-2試樣均產(chǎn)生了較高幅值的波形，但CS-1試樣在試驗(yàn)前中期，CS-2試樣在試驗(yàn)中后期，這是因?yàn)閹r石存在各向異性，在受力變形破壞中即使相鄰的兩塊巖石也會(huì)表現(xiàn)出不同的損傷特征，使得AE信號(hào)也會(huì)存在差異[25]，但CS-1與CS-2試樣百分占比量均隨剪切應(yīng)力的增加逐級(jí)遞增，表明試樣內(nèi)部已出現(xiàn)劇烈的損傷破壞，某些位置可能已經(jīng)發(fā)生斷裂；在試樣達(dá)到中高應(yīng)力階段后，幅值產(chǎn)生顯著突變，呈現(xiàn)出“喇叭狀”的逐級(jí)遞增特征，百分占比量則維持在最高水平，出現(xiàn)“飽和”特征，直至試樣發(fā)生完全剪斷，這是試樣在高應(yīng)力狀態(tài)作用下，內(nèi)部的開(kāi)裂層理已破斷形成剪切滑移面，受摩擦力、內(nèi)力等相互影響，AE源活動(dòng)極為劇烈的表現(xiàn)，剪斷后的試樣剪切口呈光滑平整狀。

分析圖3(c)可以看出，細(xì)砂巖在巴西劈裂試驗(yàn)初始階段，試樣應(yīng)力上升較快，但未出現(xiàn)較高幅值波形，波形百分占比量也相對(duì)較低，在試驗(yàn)后期同樣未見(jiàn)連續(xù)密集的較高幅值波形，且在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，高幅值波形僅表現(xiàn)出階段性間隔出現(xiàn)的特征，當(dāng)高幅值出現(xiàn)時(shí)，其對(duì)應(yīng)時(shí)刻的百分占比量也相應(yīng)增加，呈現(xiàn)高—低相間的離散分布狀。表明試樣在彈性階段后，其內(nèi)部的損傷演化規(guī)律是一個(gè)均勻變化但非連續(xù)的漸進(jìn)過(guò)程，在損傷破壞過(guò)程中破裂源不存在激增現(xiàn)象，試樣在峰值應(yīng)力處發(fā)生劈裂。

由此可見(jiàn)，AE波形幅值能夠表征裂紋尺度信息，不同應(yīng)力狀態(tài)下細(xì)砂巖的AE全波形差異較大，主要體現(xiàn)在超高幅值與波形百分占比量上，其變化程度與巖石損傷漸進(jìn)過(guò)程密切相關(guān)，試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)高幅值和高波形占比量的時(shí)刻，對(duì)應(yīng)著巖石內(nèi)部形成的劇烈損傷破壞。

4 AE波形頻域特征分析

4.1 AE主頻、次主頻提取方法

AE信號(hào)屬于非平穩(wěn)信號(hào)，快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)是一種經(jīng)典頻譜分析方法，通過(guò)FFT可以掌握信號(hào)全局性的頻譜特征。以BT-2試樣采集到的第1 377個(gè)和第1 378個(gè)AE波形為例(見(jiàn)圖3(c)BT-2試樣)，說(shuō)明主頻(Dominant Frequency，DF)、次主頻(Secondary Dominant Frequency，SDF)的提取方法。首先選擇Daubechies小波基，軟閾值函數(shù)，rigrsure閾值規(guī)則，對(duì)采集到的原始波形進(jìn)行小波閾值去噪處理，見(jiàn)圖4(a)、圖4(b)所示，去噪后的信號(hào)提高了信噪比，有利于頻譜分析。再通過(guò)FFT獲得其二維頻譜圖，見(jiàn)圖4(c)、圖4(d)所示，為此定義最高峰幅值對(duì)應(yīng)的頻率為主頻，脫離主頻相鄰能量區(qū)域，同時(shí)幅值僅次于主頻幅值所對(duì)應(yīng)的頻率為次主頻[26]。由此可知，即使是相鄰波形的頻譜也存在極大差異，第1 377個(gè)頻譜為多峰結(jié)構(gòu)，主頻為39.06 kHz(振幅1.03 V)，次主頻為154.30 kHz(振幅0.98 V)；第1 378個(gè)頻譜為單峰結(jié)構(gòu)，主頻為39.55 kHz(振幅1.24 V)，不存在次主頻。AE源頻譜具有本征性和惟一性的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)巖石內(nèi)部破壞模式。

圖4 AE信號(hào)波形及其頻譜圖Fig.4 Waveforms and spectra of AE signals

4.2 AE主頻演化特征

對(duì)單軸壓縮、壓剪和巴西劈裂試驗(yàn)采集到的全部AE波形逐一去噪，通過(guò)FFT提取頻譜信息，按照巖石破裂全過(guò)程的AE時(shí)間響應(yīng)序列，繪制出細(xì)砂巖在不同加載方式下的AE主頻、軸向應(yīng)力隨時(shí)間演化的關(guān)系圖，結(jié)果如圖5所示。觀察后可以看出，在不同應(yīng)力狀態(tài)破壞下，細(xì)砂巖AE主頻分布在10～180 kHz范圍內(nèi)，隨著巖石內(nèi)部損傷的發(fā)展，能夠以某幾個(gè)固定頻率呈現(xiàn)出連貫密集的條帶狀演化特征，可按頻率從低到高的順序劃分為低頻區(qū)間([10,70) kHz)、中頻區(qū)間([70,120) kHz)和高頻區(qū)間([120,180) kHz)。

圖5 單軸壓縮、壓剪破壞和巴西劈裂破壞下細(xì)砂巖AE主頻演化特征Fig.5 Evolution characteristics of AE dominant frequency under uniaxial compression， compression shear and Brazilian splitting failure

分析圖5(a)可知，單軸壓縮條件下主頻集中分布在低頻與高頻區(qū)間內(nèi)，但高頻區(qū)間內(nèi)的主頻在試樣達(dá)到中高應(yīng)力階段后才開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)，整體上呈雙主頻特征，表明巖石在達(dá)到中高應(yīng)力階段后，其內(nèi)部至少存在2種以上的破壞模式。

分析圖5(b)可知，壓剪條件下主頻在低頻、中頻和高頻區(qū)間內(nèi)有著不同程度的分布量，但從巖石損傷演化的時(shí)域狀態(tài)來(lái)看，中頻區(qū)間內(nèi)的主頻要略滯后于高頻區(qū)間內(nèi)的主頻，兩者同樣是在試樣達(dá)到中高應(yīng)力階段后才開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)，高、中、低主頻的同時(shí)出現(xiàn)表明巖石內(nèi)部裂隙已經(jīng)聚集成核，預(yù)示著剪切滑移過(guò)程即將發(fā)生。

分析圖5(c)可知，巴西劈裂條件下在低頻區(qū)間內(nèi)僅存在40 kHz的主頻帶，對(duì)應(yīng)該狀態(tài)下的拉伸破壞，其余主頻離散分布在中頻與高頻區(qū)間內(nèi)，其數(shù)量較少，并未形成明顯的連續(xù)頻帶，其頻帶的單一性也進(jìn)一步表征了巖石內(nèi)部存在的固有破壞模式。

AE主頻值能夠表征裂紋模式信息，但需要指明的是細(xì)砂巖在壓縮、剪切和拉伸應(yīng)力狀態(tài)下，低頻區(qū)間內(nèi)的主頻帶始終存在并貫穿于試驗(yàn)全過(guò)程，這也表明了低頻信號(hào)不完全對(duì)應(yīng)于某一類(lèi)破壞模式，它是細(xì)砂巖破壞時(shí)的一種固有屬性，與試驗(yàn)加載方法無(wú)關(guān)，僅中頻率信號(hào)和高頻率信號(hào)可以對(duì)應(yīng)剪切滑移過(guò)程與剪切破壞模式。同時(shí)主頻集聚成多個(gè)頻帶也說(shuō)明了試樣在不同加載方式下，其內(nèi)部均發(fā)生了不同程度的剪切或拉伸破壞，并非單一的破壞模式，主頻帶多樣性的體現(xiàn)是巖石內(nèi)部損傷差異的直觀反映，即頻帶越多破壞模式越復(fù)雜。

4.3 AE次主頻演化特征

巖石在損傷過(guò)程會(huì)產(chǎn)生晶體滑移，以及裂隙的萌生、擴(kuò)展，發(fā)生剪切、拉伸破壞甚至多種混合斷裂的模式[27]，這都將引起AE波形的突變，使其頻譜的復(fù)雜度增加，因此,僅考慮AE主頻的演化特征難以有效捕捉巖石損傷的質(zhì)變過(guò)程，聯(lián)合AE次主頻共同分析將有助于彌補(bǔ)這一缺陷，對(duì)理解AE頻譜全局性特征和反演巖石內(nèi)部損傷機(jī)理起著至關(guān)重要的作用。細(xì)砂巖在單軸壓縮、壓剪和巴西劈裂試驗(yàn)條件下的AE次主頻演化特征，見(jiàn)圖6。觀察后可知，在不同應(yīng)力狀態(tài)破壞下，細(xì)砂巖AE次主頻成分布特征復(fù)雜離散，雖然數(shù)量上大幅度減少，但其分布范圍仍與主頻相同。

圖6 單軸壓縮、壓剪破壞和巴西劈裂破壞下細(xì)砂巖AE次主頻演化特征Fig.6 Evolution characteristics of AE secondary dominant frequency under uniaxial compression， compression shear and Brazilian splitting methods

分析圖6(a)可知，單軸壓縮條件下次主頻仍呈現(xiàn)雙頻帶特征，同樣集中在低頻與高頻區(qū)間內(nèi)，但高頻區(qū)間內(nèi)的次主頻要早于其主頻出現(xiàn)的時(shí)間，對(duì)巖石損傷狀態(tài)更加靈敏，這是因?yàn)榧?xì)砂巖在此條件下只承受軸向壓力，其破壞后的形態(tài)為典型的單斜面剪切破壞，這是一種剪切主導(dǎo)破壞又包含局部張拉破壞的混合模式，質(zhì)變損傷的發(fā)生使得頻譜成分復(fù)雜化，進(jìn)而出現(xiàn)高頻次主頻，使得主、次頻共同呈現(xiàn)出雙頻帶的特征。

分析圖6(b)可知，壓剪條件下次主頻同樣離散分布在低頻、中頻和高頻區(qū)間內(nèi)，在低頻區(qū)間內(nèi)形成了以17、40、54 kHz為中心的次主頻帶，且隨試樣應(yīng)力的增加，次主頻帶逐漸變寬，離散程度出現(xiàn)激增，這與其受到的剪切荷載有關(guān)，在限制性剪切作用下，試樣內(nèi)部除了剪應(yīng)力外，還存在正應(yīng)力，使得剪切滑移過(guò)程中產(chǎn)生了大量的中頻信號(hào)。

分析圖6(c)可知，巴西劈裂條件下次主頻在高頻與低頻區(qū)間內(nèi)呈離散分布狀，不具備頻帶特征，但低頻區(qū)間內(nèi)的信號(hào)明顯多于高頻區(qū)間內(nèi)的信號(hào)，隨試樣應(yīng)力的增大，未出現(xiàn)明顯連續(xù)激增或激減現(xiàn)象。這是由于試樣受到壓拉荷載，損傷量較均勻，沿荷載方向試樣從正中心起裂，圓盤(pán)在破壞時(shí)主裂隙2側(cè)發(fā)生了大量張拉破壞，但與壓力機(jī)承壓板接觸的端點(diǎn)位置仍會(huì)發(fā)生一定量的剪切破壞，對(duì)應(yīng)高頻區(qū)間內(nèi)的零散次主頻。

總的來(lái)說(shuō)，在單軸壓縮、壓剪和巴西劈裂破壞方式下，細(xì)砂巖AE主頻與次主頻的集結(jié)特征具有自相似性，外荷載的作用使得其損傷破裂過(guò)程更易產(chǎn)生低頻率的信號(hào)，這進(jìn)一步驗(yàn)證了低頻率信號(hào)是細(xì)砂巖破壞時(shí)的一種固有屬性，與試驗(yàn)加載方法無(wú)關(guān)，僅中頻率信號(hào)和高頻率信號(hào)可分別對(duì)應(yīng)剪切滑移過(guò)程與剪切破壞模式。

5 結(jié) 論

(1) 細(xì)砂巖在不同破壞方式下的AE全波形不盡相同，主要體現(xiàn)在高幅值波形的差異上，幅值變化能夠表征裂紋尺度信息，單軸壓縮條件下集中在試驗(yàn)初期與試樣峰值應(yīng)力后，壓剪條件下出現(xiàn)在試樣中高應(yīng)力階段后，壓拉條件下均勻間隔分布在試驗(yàn)全過(guò)程中，幅值及波形百分占比量的變化程度與巖石損傷的漸進(jìn)過(guò)程密切相關(guān)，高幅值及高波形占比量對(duì)應(yīng)著巖石內(nèi)部形成的劇烈損傷破壞。

(2) 細(xì)砂巖AE主頻具有群集成固定頻率帶的特征，AE次主頻成分較復(fù)雜，對(duì)巖石損傷狀態(tài)更加靈敏，相同試驗(yàn)條件下二者演化特征具有自相似性。單軸壓縮條件下表現(xiàn)為高、低雙頻帶特征，表明試樣內(nèi)部至少存在2種以上的破壞模式；壓剪條件下存在高、中、低的頻帶，三者共同出現(xiàn)對(duì)應(yīng)試樣內(nèi)部裂隙已經(jīng)聚集成核；巴西劈裂條件下僅有一條40 kHz低頻帶，對(duì)應(yīng)其拉伸破壞，AE主頻帶可直觀反映巖石內(nèi)部損傷破壞模式，頻帶越多破壞模式越復(fù)雜。

(3) 主頻、次主頻的分布特征及演化規(guī)律共同表明了高頻率和中頻率的信號(hào)分別對(duì)應(yīng)巖石剪切破壞模式與剪切滑移過(guò)程，低頻率的信號(hào)不完全對(duì)應(yīng)于某一類(lèi)破壞模式，僅為細(xì)砂巖破壞時(shí)的一種固有屬性，與加載方式和試驗(yàn)方法無(wú)關(guān)。