劉 靜

河南省收費(fèi)還貸高速公路管理中心，河南 鄭州 450000

在外力的作用下，巖石材料內(nèi)部容易產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)張，進(jìn)而引起能量釋放，這一過程現(xiàn)象便稱之為聲發(fā)射，并可通過聲發(fā)射儀探測其內(nèi)部裂紋的動(dòng)態(tài)演化過程。含缺陷巖石的聲發(fā)射特性是影響圍巖穩(wěn)定性重要因素之一，對(duì)其的研究便顯得頗為重要。對(duì)于含缺陷巖石的聲發(fā)射特性，近年來有不少學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究［1-3］，也取得了一系列的成果。但對(duì)于飽水風(fēng)干處理后含缺陷巖石的聲發(fā)射特性研究卻鮮有報(bào)道?；诖?，本文通過對(duì)飽水風(fēng)干作用后含孔洞-裂隙缺陷巖石試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，探討裂隙形式對(duì)聲發(fā)射的影響特征。

1 試驗(yàn)方案

花崗巖材料取自河南伏牛山特長公路隧道施工現(xiàn)場，表面無肉眼可見缺陷，采用高壓水射流切割機(jī)在加工完的板狀試樣預(yù)制孔洞-裂隙組合缺陷，如圖1 所示，其中孔洞直徑d 均為12mm，裂隙長度l 均為15mm，裂隙下尖端與孔洞上孔壁重合，裂隙傾角β 表示裂隙走向與水平方向的夾角。試驗(yàn)過程中，通過改變裂隙傾角研究裂隙形式對(duì)聲發(fā)射的影響特征。

含缺陷板狀試樣加工完成后，將試樣放置在pH=6.0 弱鹽酸溶液中浸泡20d 制成飽水試樣，然后在自然狀態(tài)下風(fēng)干7d。實(shí)驗(yàn)過程中，采用YNS-2000 型電液伺服控制試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)飽水風(fēng)干作用后含缺陷花崗巖板狀試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)試，以0.01mm/min的應(yīng)變速率對(duì)試樣進(jìn)行加載。為記錄試樣壓縮過程中聲發(fā)射信號(hào)，在試樣左側(cè)布置聲發(fā)射探頭。

圖1 花崗巖試樣裂隙布置

2 聲發(fā)射演化特征

本文分別選取β=15°和90°的裂隙巖石試樣進(jìn)行聲發(fā)射特征分析，如圖2 所示。

圖2 β=15°和β=90°裂隙試樣聲發(fā)射特征

由上圖可知，在加載的初期階段以及彈性階段，含孔洞-裂隙板狀試樣聲發(fā)射（AE）事件基本沒有發(fā)生；當(dāng)應(yīng)力-時(shí)間曲線開始進(jìn)入非線性段時(shí)，試樣開始萌生宏觀裂紋，AE 事件出現(xiàn)概率較??；當(dāng)軸向應(yīng)力增大至峰值附近時(shí)，試樣聲發(fā)射（AE）事件出現(xiàn)較為密集，試樣最終發(fā)生失穩(wěn)破壞。對(duì)比試樣β=90°和試樣β=15°，在達(dá)到峰前的非線性段，試樣β=15°的AE 事件頻次明顯高于β=90°試樣，可以推斷其宏觀裂紋擴(kuò)展過程更為復(fù)雜。

由含裂隙試樣的單軸壓縮過程中的軸向應(yīng)力和聲發(fā)射特征的相關(guān)性可以發(fā)現(xiàn)，宏觀裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，都可導(dǎo)致AE 事件的發(fā)生以及應(yīng)力的跌落。最初的壓密階段多伴隨能量積聚，試樣只有少量微裂紋產(chǎn)生，在這個(gè)過程中AE 事件較少；當(dāng)軸向應(yīng)力逐步增大至峰值時(shí)，試樣內(nèi)部裂紋持續(xù)發(fā)展致密，AE 事件突增，能量劇烈釋放，試樣繼而瞬間發(fā)生失穩(wěn)破壞，進(jìn)一步驗(yàn)證了砂巖的脆性特征。

3 結(jié)論

本文研究了飽水風(fēng)干作用后含孔洞-裂隙缺陷試樣的聲發(fā)射特征，并對(duì)含不同裂隙傾角花崗巖板狀試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，最終得到如下結(jié)論：含缺陷試樣軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線和聲發(fā)射活動(dòng)表現(xiàn)出明顯的對(duì)應(yīng)特征。在壓密段和彈性段，聲發(fā)射事件較少，伴隨著次生裂紋的萌生、擴(kuò)展，聲發(fā)射事件逐漸變得活躍。