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卸荷损伤大理岩单轴再承载声发射特征试验研究
摘要
本文针对大理岩卸荷损伤的特征进行了单轴再承载声发射试验研究。实验采用了大理岩试件进行了应力与声发射的数据采集，并分析了试件的断裂面形貌和声发射信号。研究结果表明，在大理岩单轴再承载过程中，声发射信号的频率变化受到试件应力状态的影响，而声发射峰值与破裂面形貌的特征有一定的对应性。在试验中发现，大理岩试件的卸荷破坏过程较为准确地预示了再承载后所发生的破坏形式。因此，声发射技术可以作为一种有效的手段来研究岩石的卸荷损伤与再承载。
关键词：大理岩；声发射；单轴再承载；卸荷损伤；破坏特征
Abstract
Thispaperfocusesonthecharacteristicsofunloadingdamageintheschistandstudiestheacousticemissioncharacteristicsofsingle-axisre-loadingunderunloadingdamageconditions.Theexperimentusedschistspecimenstocollectdataonstressandacousticemission,andanalyzedthemorphologyofthefracturesurfaceofthespecimenandtheacousticemissionsignal.Theresultsshowedthatintheprocessofsingle-axisre-loadingofschist,thefrequencychangesofacousticemissionsignalswereaffectedbythestressstateofthespecimen,andtherewasacertaincorrespondencebetweenthepeakvalueofacousticemissionandthecharacteristicsofthefracturesurfacemorphology.Intheexperiment,itwasfoundthattheunloadingdamageprocessoftheschistspecimenaccuratelypredictedthedamageformafterreloading.Therefore,acousticemissiontechnologycanbeusedasaneffectivemeanstostudyunloadingdamageandreloadingofrocks.
Keywords:schist;acousticemission;single-axisreloading;unloadingdamage;damagecharacteristics
1.引言
岩石破坏过程是地质灾害发生的重要环节，而卸荷损伤是岩石在地表运动或其它压力条件下受到应力变化所引起的一种重要性质变化。卸荷损伤状态下的岩石具有很强的非线性和脆性特征，在再承载时会发生裂纹扩展等破坏过程。研究岩石的卸荷损伤与再承载过程，对于岩石工程的安全性加强和防灾减灾有着重要的实际意义。
近年来，声发射技术作为一种重要的非破坏性检测手段，被广泛应用在了材料和结构物的疲劳破坏等方面。在岩石力学研究中，声发射技术同样具有重要的应用价值。声发射技术通过检测试验过程中的声波，可以实时反馈试件的破坏情况，提供准确的基础数据。
2.试验程序
2.1试验样品
本试验使用JNN大理岩试件作为试验样品，样品形状为圆柱体，直径为50mm，高度为100mm。试验时采用干燥状态下的大理岩试样。
2.2试验装置
单轴再承载声发射实验装置如图1所示。试验用到的主要设备包括液压机、放大器、声发射检测器等。
2.3试验过程
首先，将大理岩试样放入液压机中夹紧，然后逐渐提高液压机的压力，直到大理岩试样被压碎为止，此时记录下对应的声发射信号和应力数据。接着，将大理岩试样取出，剥离掉较大的残屑，并进行标记。接着，在另一个试验中对其进行单轴再承载实验。在实验过程中记录大理岩试样的声发射信号和应力数据，并进行相关分析。
3.结果与分析
3.1多次反复实验
对于同一组大理岩试样，进行多次反复实验，可以获得较为确定的结果。实验结果显示，在大理岩单轴再承载过程中，声发射信号的频率变化受到试件应力状态的影响。在再次承载前，声发射信号的频率变化呈现不稳定的状态，而在承载后呈现出一定的稳定性。此外，实验结果还显示，声发射峰值与破裂面形貌的特征有一定的对应性。试样表面较为平整的破裂面，其声发射峰值往往较小；而表面开裂较严重的破裂面，则有更高的声发射峰值。
3.2卸荷损伤预示
在实验中，发现大理岩试样的卸荷破坏过程较为准确地预示了再承载后所发生