趙 奎 劉永光 曾 鵬 伍文凱 王金鑒

（1.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州341000；2.江西理工大學(xué)江西省礦業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西贛州341000）

巖石受力變形時(shí)，其內(nèi)部原先存在或新產(chǎn)生的微裂紋發(fā)生突然破裂，從而向四周輻射彈性波，即為巖石的聲發(fā)射（Acoustic Emission，AE）現(xiàn)象［1-2］。通過AE技術(shù)研究巖石變形和破壞性過程，對(duì)于礦山礦巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)，以及地震機(jī)理和地震預(yù)報(bào)研究都具有重要的理論和實(shí)際意義［3］。巖石聲發(fā)射平靜期是巖石發(fā)生主破裂前聲發(fā)射明顯減小的一種現(xiàn)象。研究表明，各類巖石發(fā)生主破裂前均有不同程度的聲發(fā)射相對(duì)平靜期現(xiàn)象出現(xiàn)，這一現(xiàn)象常常被用于預(yù)示巖石破壞前兆的一個(gè)重要特征［4］。因此，探究巖石破壞過程的聲發(fā)射相對(duì)平靜期產(chǎn)生機(jī)理，可為巖石破壞聲發(fā)射預(yù)測(cè)提供重要的科學(xué)依據(jù)［5］。

目前，有學(xué)者進(jìn)行了巖石不同加載方式的室內(nèi)試驗(yàn)，研究了不同加載方式對(duì)巖石破壞過程中聲發(fā)射及平靜期的影響。王志國等［6］研究了充填體與圍巖組合模型在不同側(cè)壓力下循環(huán)加卸載過程中的聲發(fā)射事件數(shù)和能量的演化特征。王強(qiáng)等［7］研究了不同保載時(shí)間下花崗巖試件單軸加載過程中聲發(fā)射撞擊率與巖石細(xì)觀損傷破壞的關(guān)系。徐世達(dá)等［8］研究了不同側(cè)壓力下花崗巖雙軸加載過程中聲發(fā)射活動(dòng)的序列特征。孟磊等［9］通過分析三軸作用煤樣的聲發(fā)射行為演化特性，將煤巖加載過程分為平靜期、提速期、加速期和穩(wěn)定期，發(fā)現(xiàn)平靜期的聲發(fā)射計(jì)數(shù)率和能率較其他階段低。另外，也有學(xué)者通過數(shù)值模擬進(jìn)行了巖石聲發(fā)射研究，張英等［10］基于顆粒流程序分析了三軸循環(huán)加卸載花崗巖破壞過程中各特征應(yīng)力、能量隨圍壓的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)圍壓與試件的應(yīng)變能、邊界能呈線性關(guān)系；胡訓(xùn)健等［11］通過顆粒流程序?qū)⒒◢弾r細(xì)觀晶體模型進(jìn)行了三軸加載試驗(yàn)，分析了晶體粒徑的不均質(zhì)性和細(xì)觀顆粒之間的強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)力—應(yīng)變曲線的影響。由于不同的加載方式反映了巖石在不同受力、變形及破壞過程的聲發(fā)射演化特征，并未考慮巖石材料本身不同構(gòu)造對(duì)巖石破裂及聲發(fā)射的影響，不少學(xué)者對(duì)巖石本身的影響因素進(jìn)行了研究。如張?zhí)燔姷龋?2］研究了含水煤巖加載變形過程中聲發(fā)射振鈴率、累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)演化規(guī)律。趙揚(yáng)鋒等［13］研究了含裂隙缺陷巖石花崗巖加載過程中的聲發(fā)射事件數(shù)及聲發(fā)射震級(jí)變化特征。徐金明等［14］為了研究巖石內(nèi)部組構(gòu)對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響，采用閾值分割技術(shù)基于顆粒流平臺(tái)建立了考慮細(xì)觀組分的花崗巖數(shù)值計(jì)算模型，并分析了細(xì)觀參數(shù)與宏觀參數(shù)之間的關(guān)系。上述研究主要集中在室內(nèi)試驗(yàn)或數(shù)值模擬方面，研究巖石宏觀力學(xué)性質(zhì)與裂紋或聲發(fā)射的關(guān)系，對(duì)巖石內(nèi)部細(xì)觀參數(shù)和聲發(fā)射演化過程的相關(guān)性及聲發(fā)射相對(duì)平靜期產(chǎn)生機(jī)理的研究涉及較少。

由于巖石聲發(fā)射的內(nèi)外部影響因素較多，且?guī)r石材料顆粒大小、原生缺陷等內(nèi)在因素的復(fù)雜性以及取樣、加工、加載控制方式、環(huán)境因素等外在因素的復(fù)雜性，導(dǎo)致巖石聲發(fā)射特性的研究在試驗(yàn)和理論研究方面進(jìn)展緩慢，使得巖石聲發(fā)射平靜期成為研究的難點(diǎn)，迄今為止，巖石聲發(fā)射平靜期機(jī)理尚不清楚。室內(nèi)試驗(yàn)可以從宏觀角度分析巖石強(qiáng)度、宏觀裂紋破壞形式及聲發(fā)射參數(shù)特征，但無法實(shí)現(xiàn)對(duì)于細(xì)觀裂紋、聲發(fā)射時(shí)空演化過程的深入研究，而通過數(shù)值模擬手段可較好地實(shí)現(xiàn)。因此，本研究在與巖石聲發(fā)射平靜期有關(guān)的眾多因素中，選擇不同粒徑大小組成這一重要內(nèi)因作為突破口，根據(jù)花崗巖室內(nèi)試驗(yàn)得到的宏觀參數(shù)，采用顆粒流程序（Partical Flow Code，PFC），通過構(gòu)建不同晶體粒徑大小的花崗巖等效晶體GBM數(shù)值模型，從細(xì)觀角度研究不同晶體粒徑大小對(duì)花崗巖在加載過程中的力學(xué)特性、聲發(fā)射時(shí)空演化規(guī)律以及聲發(fā)射相對(duì)平靜期的影響，同時(shí)從能量的角度分析聲發(fā)射相對(duì)平靜期前后應(yīng)變能、邊界能、黏結(jié)能等能量的變化規(guī)律。

1 室內(nèi)試驗(yàn)及細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定

1.1 花崗巖室內(nèi)試驗(yàn)

本次試驗(yàn)使用的巖石試件選材于內(nèi)蒙古某礦山深部巖體中的花崗巖，巖石樣品主要有長(zhǎng)石、石英及黑云母等成分。長(zhǎng)石含量為56%，顆粒半徑為2～15 mm；石英含量為23%，大部分粒度為2～4 mm；黑云母含量為21%，粒度為1.0～2.5 mm。巖樣經(jīng)過切割、研磨等工序制作成試件。按照國際巖石力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，將花崗巖樣品制作成4件圓柱型試件，尺寸均為50 mm×100 mm（直徑×高度）。巖石力學(xué)加載系統(tǒng)采用可以采集垂直應(yīng)力、位移的RMT-150C系統(tǒng)，并設(shè)置豎向移動(dòng)的加載速率為0.002 mm/s。為準(zhǔn)確獲取巖石單軸壓縮下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，在巖石中部粘貼連接應(yīng)變儀的應(yīng)變片，準(zhǔn)確測(cè)試巖石在單軸壓縮過程中的軸向和側(cè)向應(yīng)變。采集、整理數(shù)據(jù)后，獲得的花崗巖單軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果見表1。

1.2 GBM模型構(gòu)建及細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定

由 POTYONDY［15］提出的 GBM（Grain-base model，GBM）模型被廣泛應(yīng)用于巖石力學(xué)領(lǐng)域中，其試樣由可變形、可破壞的多邊形晶粒組成。晶粒內(nèi)部由數(shù)個(gè)顆粒組成，由平行黏結(jié)模型連接，晶粒邊界用光滑節(jié)理模型連接，可以模擬巖石中多邊形晶體單元之間的黏結(jié)、摩擦及接觸的破壞行為。研究表明：花崗巖內(nèi)部是由不同礦物晶粒結(jié)構(gòu)組成［16］，其晶粒尺寸及晶粒的力學(xué)特性影響試件的最終破壞模式。因此，GBM模型可以更真實(shí)地反映巖石內(nèi)部晶粒的力學(xué)行為［17］。

本研究采用晶體單元生成算法構(gòu)建GBM模型，步驟為：①建立初始模型。建立尺寸為50 mm×100 mm（直徑×高度）的顆粒流初始模型，在模型內(nèi)隨機(jī)生成半徑為0.30～0.45 mm的顆粒，采用半徑擴(kuò)大法使顆粒不斷調(diào)整其分布，直至內(nèi)應(yīng)力平衡。刪除黏結(jié)數(shù)少于1的懸浮顆粒，生成初始數(shù)值模型，如圖1（a）所示。②生成晶體單元。對(duì)于晶體單元的生成，本研究采用Grasshopper插件中的Voronoi2D算法生成工具，在試件大小的區(qū)域內(nèi)生成隨機(jī)離散點(diǎn)，調(diào)整該工具的輸入?yún)?shù)（離散點(diǎn)個(gè)數(shù)、分布等）以改變多邊形晶體單元的半徑及邊的個(gè)數(shù)，生成.dxf文件并導(dǎo)入顆粒流軟件中，如圖1（b）所示。③生成Cluster單元。遍歷所有顆粒，通過判斷該顆粒是否在某一個(gè)晶體單元中，將屬于不同晶體單元的顆粒分為不同的顆粒簇，即Cluster單元。根據(jù)花崗巖試樣中各礦物的含量，本研究主要模擬花崗巖3種礦物晶粒組成長(zhǎng)石（56%）、石英（23%）、黑云母（21%），隨機(jī)選取Cluster單元并賦予相應(yīng)的細(xì)觀參數(shù)，如圖1（c）、圖1（d）所示。④生成晶體節(jié)理模型。再次遍歷顆粒，將接觸中不在同一個(gè)Cluster單元內(nèi)的顆粒之間的接觸替換為光滑節(jié)理模型，并賦值光滑節(jié)理參數(shù)，如圖1（e）所示。

為確保數(shù)值計(jì)算結(jié)果更接近室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，本研究以H2-1試件的宏觀力學(xué)參數(shù)為調(diào)試結(jié)果。記晶體單元中所包含的顆粒個(gè)數(shù)為晶體粒徑尺寸Sc，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)花崗巖試件的粒度范圍設(shè)置晶體粒徑Sc=10。并采用文獻(xiàn)［14］對(duì)于細(xì)觀組構(gòu)模型的調(diào)試方法獲取所需的參數(shù)。首先利用初始模型假設(shè)的平行黏結(jié)、光滑節(jié)理接觸模型細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，加載速率過快會(huì)影響試件破壞過程的力學(xué)相應(yīng)，故設(shè)置頂部與底部墻體（Wall）的速度分別為0.01 m/s、-0.01 m/s，并加載至應(yīng)力峰值后峰值應(yīng)力的50%停止計(jì)算。將數(shù)值計(jì)算結(jié)果中的彈性模量、泊松比及單軸抗壓強(qiáng)度與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果比較，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試直至與室內(nèi)試驗(yàn)宏觀參數(shù)基本一致，將此時(shí)的細(xì)觀參數(shù)用于后續(xù)計(jì)算中，可較為準(zhǔn)確地描述試驗(yàn)巖石材料的力學(xué)特性。室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果及細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定結(jié)果見圖2、表2和表3。

文獻(xiàn)［18-19］基于顆粒流程序PFC2D建立的矩張量聲發(fā)射理論，可以模擬巖石在破壞過程中的聲發(fā)射，以獲取聲發(fā)射產(chǎn)生的時(shí)間、空間，破裂強(qiáng)度及包含裂紋數(shù)量等信息。本研究采用該方法分析不同晶體粒徑花崗巖試件的聲發(fā)射孕育演化過程，從細(xì)觀角度揭示巖石內(nèi)部裂紋、聲發(fā)射孕育發(fā)展特征及相對(duì)平靜期的產(chǎn)生。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及數(shù)值模擬單軸壓縮所耗時(shí)長(zhǎng)折算，可將每100時(shí)步內(nèi)的聲發(fā)射作為一次聲發(fā)射事件率。室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬的應(yīng)力、聲發(fā)射事件率和累計(jì)聲發(fā)射事件數(shù)如圖3所示?？梢钥闯觯捎陬w粒流模擬結(jié)果在前期幾乎沒有聲發(fā)射產(chǎn)生，且在應(yīng)力峰值后聲發(fā)射活動(dòng)劇烈。這是由于在應(yīng)力峰之后試件破壞嚴(yán)重，試驗(yàn)結(jié)果在此階段聲發(fā)射信號(hào)的采集受儀器限制，伴生裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)無法被有效捕捉，而數(shù)值計(jì)算可以監(jiān)測(cè)整個(gè)應(yīng)力—應(yīng)變過程的聲發(fā)射事件。總體來說，室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果的聲發(fā)射事件數(shù)的演化過程在加載過程中有較好的一致性，與文獻(xiàn)［20］的模擬結(jié)果相吻合。

考慮不同晶體粒徑對(duì)花崗巖試件裂紋、聲發(fā)射演化過程及相對(duì)平靜期產(chǎn)生的影響，在已確定數(shù)值模型標(biāo)定參數(shù)的基礎(chǔ)上，分別將試件內(nèi)的晶體單元尺寸設(shè)置為5、10、15、20，如圖4所示。本研究只考慮晶體單元尺寸的變化，不改變礦物含量的變化。因此，隨著晶粒尺寸增大，試件中包含的晶體單元個(gè)數(shù)減小，而不同礦物含量不變。

2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

2.1 花崗巖試件應(yīng)力曲線及破壞結(jié)果分析

對(duì)GBM模型的花崗巖試件進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，導(dǎo)出整理數(shù)據(jù)，得到不同晶體粒徑花崗巖試件的應(yīng)力曲線，如圖5所示。圖5（a）為應(yīng)力—應(yīng)變曲線，圖5（b）為單軸抗壓強(qiáng)度變化曲線。可以看出不同晶粒大小試件應(yīng)變基本在4.0×10-3左右，均相差不大。由擬合單軸抗壓強(qiáng)度曲線可知，R為0.975，單軸抗壓強(qiáng)度與晶體粒徑大小呈線性相關(guān)，隨著晶體粒徑增大， 單軸抗壓強(qiáng)度增加。

圖6為不同晶體粒徑花崗巖試件單軸壓縮破壞 的最終結(jié)果。

圖6（a）中，試件中有2條斜裂紋帶，相交于試件中部，形成“X”型剪切破壞；圖6（b）中，試件中2條裂紋帶末端相交于試件上部，形成倒“V”型劈裂破壞，并伴隨產(chǎn)生其他局部碎小裂紋；圖6（c）中，試件中有3條明顯的斜裂紋帶形成“雙剪型”破壞；圖6（d）中，試件中2條裂紋帶并未相交，但試件右上方裂紋帶有明顯貫通現(xiàn)象。綜合分析可知，4種粒徑的試件均有較多的剪切微裂紋，微裂紋均以張拉為主，并在局部晶體邊界有較多微裂紋，產(chǎn)生多條沿著晶體破壞的裂紋，即沿晶破壞［21］。在形成宏觀裂紋帶處，產(chǎn)生貫穿晶體破壞的微裂紋，即穿晶破壞［22］。

2.2 裂紋及聲發(fā)射時(shí)空演化特征

不同晶粒大小的花崗巖試件在破裂過程中的應(yīng)力、聲發(fā)射事件率、累計(jì)聲發(fā)射事件數(shù)—時(shí)間關(guān)系曲線如圖7所示。為了直觀地展現(xiàn)裂紋、聲發(fā)射演化過程，將單軸壓縮過程劃分為若干個(gè)特征點(diǎn)，并將X軸以PFC中的時(shí)步表示。其中，A點(diǎn)為開始產(chǎn)生裂紋的時(shí)刻，記起裂應(yīng)力點(diǎn)；B點(diǎn)為聲發(fā)射事件率突增的時(shí)刻，記聲發(fā)射突變點(diǎn)；C點(diǎn)為聲發(fā)射平靜期起始點(diǎn)；D點(diǎn)為聲發(fā)射相對(duì)平靜期終止點(diǎn)；E點(diǎn)為峰值應(yīng)力點(diǎn)；F點(diǎn)為最終破壞時(shí)刻。

由圖7可知：各試件在A點(diǎn)之后開始產(chǎn)生聲發(fā)射，并在A至B點(diǎn)的時(shí)步段內(nèi)，聲發(fā)射事件率呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，且隨著晶體粒徑Sc增加，A至B點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)步越大。B點(diǎn)之后聲發(fā)射較為紊亂，呈現(xiàn)無規(guī)則的變化。C、D點(diǎn)為聲發(fā)射相對(duì)平靜期的起止點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)不同晶體粒徑的試件在此時(shí)步段內(nèi)，雖然少量聲發(fā)射，但是相對(duì)于臨近C點(diǎn)之前和D點(diǎn)之后的聲發(fā)射事件已有明顯減小，且累計(jì)聲發(fā)射事件數(shù)增加變得較為緩慢，可認(rèn)為是聲發(fā)射相對(duì)平靜期。D至E點(diǎn)為相對(duì)平靜期結(jié)束后臨近峰值的一段時(shí)間。該時(shí)步段內(nèi)，應(yīng)力相差不大，在時(shí)間上幾乎同時(shí)發(fā)生。E點(diǎn)后應(yīng)力開始下降，并產(chǎn)生較多的聲發(fā)射，整個(gè)試件強(qiáng)度逐漸衰減，直至最終破壞。

結(jié)合圖7中不同晶體粒徑試件單軸加壓過程中A～F各特征點(diǎn)，得出各時(shí)步裂紋及聲發(fā)射的分布情 況，如圖8至圖11所示。

綜合圖7及圖8至圖11可知：不同晶體粒徑的試件開始產(chǎn)生聲發(fā)射的位置均在晶體邊界上，且有沿晶微裂紋產(chǎn)生。B點(diǎn)為聲發(fā)射突增時(shí)刻，由圖11（b）可知，在A至B時(shí)段試件產(chǎn)生的聲發(fā)射較為零散，以較小的聲發(fā)射事件為主，幾乎沒有較大的聲發(fā)射事件產(chǎn)生，且均分布在晶體邊界上，裂紋也基本為沿晶破壞。C點(diǎn)為聲發(fā)射相對(duì)平靜期的起始點(diǎn)，此時(shí)試件已產(chǎn)生了較為密集的聲發(fā)射，且產(chǎn)生了少量的稍大的聲發(fā)射，但此階段同樣以產(chǎn)生沿晶體邊界破壞的裂紋及聲發(fā)射為主。D點(diǎn)為聲發(fā)射相對(duì)平靜期終止點(diǎn)，在相對(duì)平靜期內(nèi)產(chǎn)生較少的聲發(fā)射試件數(shù)，因此，C至D段時(shí)間內(nèi)裂紋及聲發(fā)射變化不大，但開始有少量的裂紋及聲發(fā)射在晶體內(nèi)部產(chǎn)生，且試件已有形成裂紋帶的趨勢(shì)。E點(diǎn)為應(yīng)力峰值點(diǎn)，由于D點(diǎn)為臨近應(yīng)力峰值，故E點(diǎn)時(shí)聲發(fā)射的分布情況較D點(diǎn)變化不大，在裂紋帶附近晶體內(nèi)部生成較少的裂紋及聲發(fā)射。F點(diǎn)為試件破壞后的最終結(jié)果，由圖11（f）可知，在E至F階段產(chǎn)生了較大的聲發(fā)射事件，同時(shí)在晶體邊界及晶體內(nèi)部均有產(chǎn)生。

綜上分析，不同晶體粒徑大小試件在破壞過程中，裂紋及聲發(fā)射在應(yīng)力峰值前以沿晶破壞為主，形成明顯的裂紋帶并逐步演化擴(kuò)展交叉，相對(duì)平靜期內(nèi)產(chǎn)生較少量的聲發(fā)射事件數(shù)，并在晶體內(nèi)部有少量聲發(fā)射事件產(chǎn)生；在應(yīng)力峰值后有較多的大聲發(fā)射事件產(chǎn)生，裂紋及聲發(fā)射事件在晶體內(nèi)部產(chǎn)生較多，同時(shí)伴隨沿晶破壞，裂紋帶進(jìn)一步擴(kuò)展貫通，直至破壞。

2.3 聲發(fā)射相對(duì)平靜期前后能量分析

從能量的角度看，聲發(fā)射的產(chǎn)生即在外力作用下巖石內(nèi)部顆粒產(chǎn)生變形、摩擦或裂紋而釋放的能量［23］。因此，為了進(jìn)一步探究聲發(fā)射相對(duì)平靜期的產(chǎn)生機(jī)理，基于PFC2D從能量的角度分析聲發(fā)射相對(duì)平靜期前后試件內(nèi)部能量的變化。假設(shè)不考慮試件對(duì)外界的熱交換，則外界對(duì)試件做的功為［24］

式中，Ub為邊界能；Ue為試件加載過程中產(chǎn)生的應(yīng)變能；Ud為巖石試件加載過程中釋放的耗散能。

在PFC軟件中，邊界能為上下墻體（Wall）加載試件所做的功；應(yīng)變能包括顆粒本身應(yīng)變能（Us）和平行黏結(jié)模型的應(yīng)變能（Uep）［25］；耗散能包括顆粒之間的滑移能（Usl）、阻尼能（Ud）、動(dòng)能（Uk）等，即：

在PFC軟件中打開能量監(jiān)測(cè)模式，獲取不同晶體粒徑的花崗巖試件單軸壓縮過程中能量的演化曲線，結(jié)合聲發(fā)射事件率得到聲發(fā)射參數(shù)變化與能量演化之間的關(guān)系特征，如圖12所示。

由圖12可知：試件在A點(diǎn)以前巖石內(nèi)部孔隙閉合，未有聲發(fā)射產(chǎn)生，邊界能、應(yīng)變能和黏結(jié)能增加，動(dòng)能、滑移能和阻尼幾乎沒有釋放；在A至B階段巖石持續(xù)變形，顆粒之間的黏結(jié)發(fā)生變形，有少量裂紋和聲發(fā)射產(chǎn)生，并有增加趨勢(shì)，此時(shí)動(dòng)能、滑移能、阻尼能開始增加，邊界能、應(yīng)變能、黏結(jié)能持續(xù)增加；B至C階段試件聲發(fā)射及各能量持續(xù)增加；C至D階段為聲發(fā)射相對(duì)平靜期階段，聲發(fā)射明顯減少，此時(shí)動(dòng)能減少，其他各能量持續(xù)增加；D至E階段試件強(qiáng)度達(dá)到臨界值，聲發(fā)射持續(xù)增加，黏結(jié)能和應(yīng)變能達(dá)到臨界值。邊界能、動(dòng)能、滑移能和阻尼繼續(xù)增加；E至F階段試件強(qiáng)度衰減，開始產(chǎn)生破裂并失去抵抗力。此時(shí)，聲發(fā)射及動(dòng)能、滑移能和阻尼能迅速增加，黏結(jié)能和應(yīng)變能下降，邊界能持續(xù)增加，但增加量減小。為定量、直觀地分析聲發(fā)射相對(duì)平靜期前后起止點(diǎn)的能量值變化特征，提取了C、D點(diǎn)時(shí)的能量及C至D階段能量的變化量，如表4所示。

由表4可知：不同晶粒大小的花崗巖試件在聲發(fā)射相對(duì)平靜期起止點(diǎn)處，模型試件中的顆粒彈性應(yīng)變能和黏結(jié)能隨粒徑增大而增大，在相對(duì)平靜期內(nèi)的能量變化量呈現(xiàn)無規(guī)律性變化。在相對(duì)平靜期終止點(diǎn)處試件的動(dòng)能隨晶體粒徑增大而減小，當(dāng)Sc=10時(shí)，動(dòng)能的變化量最大，其值為-0.422；其中不同晶體粒徑試件在聲發(fā)射相對(duì)平靜期內(nèi)滑移能和阻尼能的變化量分別為 3.520、1.910、1.560、1.200 kJ/m3和2.990、2.160、1.580、1.190 kJ/m3，隨晶體粒徑的增大而減?。磺也煌w粒徑試件在相對(duì)平靜期內(nèi)的動(dòng)能的變化量分別為-0.127、-0.422、-0.056、-0.032 kJ/m3，均表現(xiàn)為減少。這是由于試件在臨近應(yīng)力峰值的聲發(fā)射相對(duì)平靜期內(nèi)，開始孕育主破裂，隨著加載的進(jìn)行，外界對(duì)試件的邊界能一部分轉(zhuǎn)換為試件的應(yīng)變能，一部分轉(zhuǎn)換為耗散能。但是由于相對(duì)平靜期的存在使得試件在臨近峰值時(shí)巖石內(nèi)部活動(dòng)處于相對(duì)平靜狀態(tài)，因此釋放的動(dòng)能減少，進(jìn)而聲發(fā)射事件率明顯減小。

3 結(jié) 論

通過基于顆粒流程序PFC2D構(gòu)建等效晶體GBM模型，模擬不同晶體粒徑大小的花崗巖試件單軸壓縮聲發(fā)射試驗(yàn)，分析了試件在破壞過程中裂紋、聲發(fā)射時(shí)空演化過程及聲發(fā)射相對(duì)平靜期前后的能量變化特征，得出如下結(jié)論：

（1）隨著晶體粒徑增大，試件的單軸抗壓強(qiáng)度增大。試件破壞形式主要呈“X”型剪切和“V”型柱狀劈裂。同時(shí)不同晶體粒徑的試件均以張拉破壞為主，且首先發(fā)生沿晶破壞，在聲發(fā)射相對(duì)平靜期起始點(diǎn)以后開始發(fā)生穿晶破壞。

（2）試件在單軸壓縮條件下，聲發(fā)射在應(yīng)力峰值前均出現(xiàn)不同程度的相對(duì)平靜期。且在相對(duì)平靜期起始點(diǎn)前主要產(chǎn)生沿晶體邊界的聲發(fā)射；在相對(duì)平靜期起始點(diǎn)后，將同時(shí)產(chǎn)生位于晶體內(nèi)部和晶體邊界的聲發(fā)射。

（3）聲發(fā)射相對(duì)平靜期內(nèi)滑移能和阻尼能的變化量隨著晶體粒徑的增大逐漸減小。其中，不同晶體粒徑試件在相對(duì)平靜期前后動(dòng)能均減小，其他各能量均增大。