單軸壓縮下不同層理方向?qū)ζ閹r聲發(fā)射特征影響的試驗研究

王曉雷，詹思博，閆順璽，蔣鵬程，周寧

(華北理工大學 礦業(yè)工程學院，河北 唐山 063200)

0 引 言

由于層狀巖石存在著明顯的層理結(jié)構(gòu)，其巖石強度和變形特征會隨著層理方向變化而變化，具有顯著的各向異性。因此，開展不同層理方向的巖石力學特性研究，對探究巖石變形特征與層理方向之間的作用關(guān)系具有重要的應(yīng)用價值。

由于層理方向?qū)r石變形破壞特征影響顯著，近年來，國內(nèi)外學者對此展開了大量研究。CHEN C S等[1]研究了巴西盤劈裂試驗條件下層狀巖石抗拉強度的各向異性特征，從理論和試驗進行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)抗拉強度與層理和加載方向之間的夾角密切相關(guān)；A.Tavallali等[2]針對砂巖材料進行了巴西盤劈裂試驗，層理方位對砂巖的破壞應(yīng)力和破裂模式影響顯著，貫通裂紋長度越長，巖石強度越高，外界施加的能量越大；C.Jung-Woo等[3]對不同層理角度的頁巖進行巴西劈裂試驗，當層理角小于60°時沿著層理面破壞，角度介于75°～90°時裂紋沿著加載方向擴展；P.L.P.Wasantha等[4]從能量轉(zhuǎn)化機制角度發(fā)現(xiàn)，隨著層理角度增加聲能量的釋放量逐漸減少，這歸因于不同層理方向巖石的破壞機制不同;王曉雷[5]研究發(fā)現(xiàn),泥巖及煤單軸抗壓強度隨層理傾角增加呈先減小后增大趨勢，提出用結(jié)構(gòu)效應(yīng)系數(shù)S(θ)概念表征單軸抗壓強度層理結(jié)構(gòu)效應(yīng)，試驗結(jié)果表明,60°時最明顯，0°時最小;尤明慶等[6]研究發(fā)現(xiàn)，平行于層理方向巖石黏結(jié)力較小，內(nèi)摩擦角偏大，試樣中層理面的傾向不同是巖石強度變形特征和破壞形式差異顯著的原因；趙迪斐等[7]研究發(fā)現(xiàn)，渝東南地區(qū)龍馬溪組所蘊含的水平層理等沉積構(gòu)造增強了儲層的滲透性、改善了巖石壓裂力學特性；姚光華等[8]對渝東南下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖進行單軸加載試驗，發(fā)現(xiàn)隨頁巖層理傾角增大，其單軸抗壓強度線性增大，抗張和硬度特性都表現(xiàn)出較強的離散性；蘇承東等[9]發(fā)現(xiàn)含層理大煤樣在加載變形破裂過程中，煤樣所受的應(yīng)力狀態(tài)、聲發(fā)射特征與瓦斯?jié)B透特征具有很好的對應(yīng)性；陳曉祥等[10]針對煤巷傾斜層狀頂板的結(jié)構(gòu)特點，建立煤巷傾斜頂板的簡支梁力學模型，對層狀頂板變形的影響因素和變形規(guī)律進行了探究；LIU J等[11]建立了不同層理煤層的損傷模型，提取聲發(fā)射突變點作為前兆信息，用來估計煤層的損傷強度；張東明等[12-13]通過單軸壓縮聲發(fā)射試驗，分析了含層理巖石破壞特征以及損傷演化過程中聲發(fā)射參數(shù)特征，并建立了基于聲發(fā)射和能量耗散參數(shù)的單軸損傷破壞模型。

綜上，國內(nèi)外學者對巖石層理效應(yīng)進行了深入研究，也獲得了豐富的成果，但是對不同層理方向巖體的損傷演化規(guī)律和變形破壞中的聲發(fā)射特征對比分析較少。因此，本試驗選用水平和垂直2種層理方向的片麻巖進行單軸壓縮聲發(fā)射試驗，旨在探討層理方向?qū)r石的壓縮破壞過程中力學特征和聲發(fā)射特性的影響。在分析探討不同層理方向?qū)暧^破裂模式影響的基礎(chǔ)上，探討層理方向與聲發(fā)射事件率、能率和巖石載荷曲線之間的關(guān)系，同時結(jié)合三維定位技術(shù)對巖石內(nèi)部微裂隙產(chǎn)生、發(fā)展、孕育破裂過程進行表征，為深入研究巖石材料聲發(fā)射特性與其層理方向之間的關(guān)系提供理論基礎(chǔ)。

1 不同層理方向單軸壓縮試驗

1.1 試樣制備

片麻巖試樣采自唐山市某礦區(qū)，為礦區(qū)內(nèi)極具代表性的層狀巖石材料，膠結(jié)良好，層理結(jié)構(gòu)明顯。巖石試樣呈青灰色，表面分布有不同寬度、深淺不一的條帶狀礦物，淺色的粒狀變晶礦物以石英、長石等礦物為主，深色條帶以角閃石、黑云母等礦物為主，如圖1所示。深色、淺色礦物分布相對集中，試樣整體呈現(xiàn)明顯的深淺條帶相間排列的片麻狀構(gòu)造，條帶寬度2～30 mm。取樣后經(jīng)過切割、打磨等加工工序，根據(jù)ISRM標準，將試件制成50 mm×50 mm×100 mm、表面不平行度小于0.02的標準長方體試件。由于層狀巖石的力學特性在同一層面內(nèi)大致相同，但在平行和垂直方向上差異較大。因此，僅選用與軸向加載方向平行和垂直于層理面的2組試樣，為敘述方便，簡稱為平行組試樣和垂直組試樣。

圖1 不同層理方向巖石試樣

1.2 試驗設(shè)備和加載方案

試驗設(shè)備由加載系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)和觀測系統(tǒng)組成。加載系統(tǒng)采用TAW-3000型剛性伺服試驗機，進行試驗加載和應(yīng)力、變形數(shù)據(jù)收集工作，此型號加載機軸向荷載壓力為3 000 kN，側(cè)壓荷載為1 000 kN，加載精度誤差不超過1%。聲發(fā)射系統(tǒng)采用北京軟島時代科技有限公司開發(fā)的DS5-16B型聲發(fā)射測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持全波形采集、多通道聲發(fā)射信號檢測，穩(wěn)定性好，靈敏度高，傳輸高速。試驗觀測系統(tǒng)由高清視頻監(jiān)控和數(shù)字攝像機組成，可以觀測巖石破裂過程，并對整個試驗過程進行視頻監(jiān)控、記錄。

單軸軸向壓縮試驗加載采用位移控制方式，加載速率為0.002 mm/s，試樣失去承載能力時停止加載。聲發(fā)射設(shè)置采樣門檻值40 dB，前置放大器增益40 dB，發(fā)射采樣間隔1 s，頻率為1～500 kHz，聲發(fā)射傳感器的頻率為75～750 kHz。試樣除觀測面外，每側(cè)均布置3個AE探頭，試驗加載示意圖和聲發(fā)射探頭布置方式如圖2～3所示。在試樣和聲發(fā)射傳感器之間涂上適量耦合劑以增加二者耦合性，減少聲發(fā)射信號衰減和畸變。試驗前，選擇層理均勻、結(jié)構(gòu)完整的試件，并通過斷鉛試驗對試樣進行聲速標定，剔除波速離散度較高的試件，減小試驗的離散程度。試驗開始時，同時開啟加載設(shè)備和聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，保證相關(guān)力學參數(shù)和聲發(fā)射參數(shù)實時記錄的時間單位統(tǒng)一，并使用攝像機記錄巖石失穩(wěn)破裂過程。

圖2 試樣加載方式

圖3 聲發(fā)射探頭布置示意圖

1.3 試驗結(jié)果和分析

由圖4可知，不同層理方向巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線存在一定差異，平行組試樣抗壓強度、彈性模量高于垂直組試樣的，達到峰值前塑性不明顯，破裂時出現(xiàn)明顯的應(yīng)力跌落，一聲脆響后巖石瞬間失去承載力，呈現(xiàn)典型的脆性破壞特征。垂直組試樣在達到峰值應(yīng)力后，巖石內(nèi)部開始產(chǎn)生局部破裂，應(yīng)力出現(xiàn)階段性下跌并伴隨有小碎塊彈射，巖石逐漸喪失承載能力，破裂過程呈多段式破壞。

試驗結(jié)束后，各試樣的破壞形式差異性顯著。平行組試樣呈現(xiàn)較明顯的貫穿上下端面張拉破壞裂縫，見圖5，裂縫大多沿礦物分界面發(fā)育，裂紋擴展路徑較平直；部分貫通裂紋沒有擴展至試樣表面，進而出現(xiàn)大塊試樣剝落，形成垮落區(qū)域，見圖5。這是因為試樣壓縮時加載方向平行于層理方向，其中層理間薄弱區(qū)域存在一定的原生裂隙，裂紋容易沿層理面擴展，而層理內(nèi)蘊含的變晶礦物膠結(jié)強度很高，裂紋擴展阻力相對較大，即層間礦物分界面黏聚作用遠小于層內(nèi)礦物顆粒之間的結(jié)合力。隨著荷載持續(xù)增大，裂紋首先在層理交界處中萌生，并沿層理面擴展、連結(jié)形成一條或多條貫通主裂紋，最終導(dǎo)致巖石失穩(wěn)破壞。

圖4 不同層理方向試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.4 Stress-strain curves of rocks in different bedding directions

圖5 平行組試件破裂模式

垂直組試樣以斜面剪切滑移破壞為主，伴隨部分縱向次生發(fā)展的微裂隙，如圖6所示。分析認為試樣受壓變形因泊松效應(yīng)使試件出現(xiàn)環(huán)向擴容現(xiàn)象，裂紋首先從層理間薄弱處起裂并沿層理面方向發(fā)展產(chǎn)生橫向張拉裂紋，見圖6。隨著加載持續(xù)進行，裂紋擴展受載荷影響逐漸向平行最大主應(yīng)力的方向發(fā)生偏折，裂紋不得不穿過硬質(zhì)礦物夾層發(fā)育，在層理間摩擦力和軸向壓應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生剪切裂紋，微裂紋不斷發(fā)育、匯聚、貫通，進而形成斜向的剪切滑移面。由于裂紋總是繞過硬質(zhì)顆粒優(yōu)先向薄弱區(qū)域發(fā)展，擴展過程中伴隨著礦物顆粒彈射和小碎塊剝落，因此相較平行組試樣，垂直組試樣表面裂紋擴展路徑更為復(fù)雜、曲折，同時裂紋在加載端部集結(jié)產(chǎn)生大量碎塊，從而形成破碎區(qū)域。

根據(jù)上述分析可知，不同層理方向巖石的承載能力和失穩(wěn)破壞形式差異顯著，層理平行軸向加載方向試樣宏觀上表現(xiàn)為典型的張拉破壞，垂直加載方向試樣則呈現(xiàn)出剪切滑移破壞特征。垂

圖6 垂直組試樣破裂模式

直組試樣在加載試驗過程中，雖然產(chǎn)生了碎塊剝落并形成剪切滑移破裂帶，且試樣端部裂紋大量發(fā)育破裂形態(tài)更加復(fù)雜，但是巖石經(jīng)歷多次應(yīng)力調(diào)整后仍保留一定的承載能力。相較而言，平行組試樣破裂面較為平整、光滑，貫通裂紋數(shù)量較少，但在峰后階段產(chǎn)生了沿層理的貫通裂隙或發(fā)生大塊垮落導(dǎo)致巖石瞬間失穩(wěn)。由于平行組試樣破壞更具突發(fā)性，破裂程度更高，在層狀構(gòu)造的巖石內(nèi)加固工程更應(yīng)充分考慮平行層理，增加層理間黏結(jié)力，防止出現(xiàn)片幫等地質(zhì)災(zāi)害。

2 不同層理方向聲發(fā)射特征分析

2.1 聲發(fā)射參數(shù)分析

聲發(fā)射探頭每接收到一個信號的波形即對應(yīng)一次事件，聲發(fā)射事件率為單位時間段內(nèi)的計數(shù)總和，可以反映該時段巖石材料內(nèi)部聲發(fā)射活躍程度。通過聲發(fā)射累積事件曲線確定巖石起裂應(yīng)力σci和損傷應(yīng)力σcd[14-16]。聲發(fā)射能率是反映聲發(fā)射信號脈沖能量的特征參數(shù)，指單位時間內(nèi)聲發(fā)射探頭接收到的全部事件的絕對能量總和。

通過接收到的聲發(fā)射信號參數(shù)繪制不同層理方向下巖石載荷-AE事件率、能率-時間關(guān)系曲線，如圖7～8所示，限于篇幅，2種層理僅列出結(jié)果較為典型的試件。不同層理方向的兩類巖石試件的AE參數(shù)-時間與載荷曲線具有較好的一致性，通過AE參數(shù)階段關(guān)鍵特征，可以將巖石破壞過程分為平靜期、上升期、劇烈期3個階段。不同階段聲發(fā)射具有以下特征:

圖7 平行組聲發(fā)射參數(shù)演化曲線

圖8 垂直組聲發(fā)射參數(shù)演化曲線

平靜期OA段(P-1:0～171 s；V-3：0～140 s)：由于巖石結(jié)構(gòu)致密，加載過程中裂隙壓密階段持續(xù)較短，但垂直組試樣載荷上升曲線較平行組試樣明顯更為平緩。試樣在加載前期內(nèi)部沒有裂紋萌生或者裂紋開裂尺度較小，聲發(fā)射探頭無法接受，因此從開始加載至很長一段時間內(nèi)，平行組與垂直組試樣均沒有聲發(fā)射事件產(chǎn)生，聲發(fā)射處于平靜期。垂直組試樣加載至峰值載荷21%開始出現(xiàn)聲發(fā)射事件，而平行組試樣加載至峰值載荷的35%才開始產(chǎn)生聲發(fā)射事件。

上升期AB段(P-1:171～289 s；V-3：140～300 s)：巖石經(jīng)歷壓密階段后至峰前處于彈性階段，當載荷達到A點后巖石內(nèi)部開始出現(xiàn)零星的聲發(fā)射事件，表明隨著載荷增加，在外力作用下試件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中，裂紋開始萌生、擴展，由文獻[14-16]可知，此階段對應(yīng)的起始應(yīng)力即為該試樣的起裂應(yīng)力σci。兩組試件在上升期內(nèi)一直有小尺度裂紋產(chǎn)生，聲發(fā)射事件頻度和能量均維持在低水平，但垂直組試件更早進入裂紋擴展階段，導(dǎo)致上升期持續(xù)時間更長，巖石在峰前積蓄的彈性應(yīng)變能更多。

劇烈期BC段(P-1：289～345 s；V-3：300～401 s)：隨著載荷不斷增加，載荷曲線達到B點，產(chǎn)生一次小幅度的應(yīng)力跌落(B點載荷水平：平行組82%；垂直組78%)，聲發(fā)射事件率開始顯著增加，高能事件瞬間陡增，同時累積事件曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折，迅速攀升，累積能量曲線也呈臺階狀上升，表明新裂隙不斷產(chǎn)生，此時巖石內(nèi)部裂紋進入非穩(wěn)定擴展階段，B點即為損傷應(yīng)力點σcd。劇烈期內(nèi)2組試件內(nèi)積蓄的彈性能不斷釋放，大量微裂紋發(fā)生連通、擴展，巖石聲發(fā)射活動十分劇烈，內(nèi)部損傷不斷積累。隨著加載進行，平行組試件內(nèi)裂紋在達到巖石峰值載荷后瞬間貫通，形成貫通主裂隙，巖石失穩(wěn)破壞，高能信號的釋放AE能率出現(xiàn)跳躍式增長上升至峰值。垂直組試件發(fā)生多次大尺度破裂，但裂紋并未貫通整個試件，巖石仍具有一定承載力，在多次應(yīng)力跌落后，巖石終于發(fā)生失穩(wěn)破裂。

由上述分析可知，在巖石工程中對巖石聲發(fā)射事件發(fā)生頻度和能量水平的監(jiān)測顯得尤為重要，不同層理方向的片麻巖試樣聲發(fā)射特征規(guī)律與試樣宏觀破裂模式具有良好的一致性。上升期試樣在很長一段時間內(nèi)僅發(fā)生小尺度開裂，巖石處于蓄能階段。隨著巖石內(nèi)微裂隙順著層理面迅速匯聚、貫通，當產(chǎn)生大尺度裂隙時，巖石進入劇烈期。由于軸向平行試樣層理內(nèi)含有豎向排列的硬質(zhì)礦物，間接提高了巖石的軸向承載能力，因此儲存的彈性應(yīng)變能更多，試樣最終破裂過程短暫、劇烈，表現(xiàn)出更強的脆性和突發(fā)性，聲發(fā)射的演化特征與其試樣失穩(wěn)最終發(fā)生張拉破壞的破裂模式相對應(yīng)。相對而言，垂直組試樣劇烈期持續(xù)時間較長，產(chǎn)生多次應(yīng)力跌落，釋放了大量能量，裂紋擴展中巖石內(nèi)部產(chǎn)生了剪切滑移破壞，破裂過程更為緩慢、復(fù)雜，呈現(xiàn)出漸進性破壞的特點。分析認為，巖石聲發(fā)射的參數(shù)特征可以對巖石內(nèi)部裂隙演化發(fā)展過程進行刻畫，進而對損傷積累和巖石穩(wěn)定性進行判定。由于整個受力過程中短時間內(nèi)軸向平行試樣產(chǎn)生失穩(wěn)性破壞，破裂具有突發(fā)性，因此，在工程中應(yīng)將層理方向平行于軸向應(yīng)力的工作區(qū)域作為巖石穩(wěn)定性監(jiān)測的重點對象。

2.2 聲發(fā)射定位分析

聲發(fā)射是材料中局域源快速釋放能量產(chǎn)生的瞬態(tài)彈性波，因而一個聲發(fā)射事件信號可以被多個探頭接收，根據(jù)監(jiān)測設(shè)備接收到的參數(shù)信息對聲發(fā)射事件進行空間定位。對聲發(fā)射定位圖分析，可以得到聲發(fā)射事件的空間分布特性，進而直觀反映巖石變形破裂過程中內(nèi)部損傷情況和裂紋的萌生、發(fā)育和聚集的演化過程。

圖9為單軸壓縮下聲發(fā)射三維定位的結(jié)果，選用2組試樣反映不同層理方向巖石內(nèi)部各定位點分布情況，同時采用不同顏色和大小的定位點刻畫試樣時空演化和能量積聚過程。通過接收設(shè)備記錄的聲發(fā)射事件到達時間區(qū)分事件的先后順序，顏色偏藍為先接收的定位點，顏色偏紅為后接收到的事件。為了更好地描述不同階段內(nèi)能量相對較高的信號分布情況，采用截取階段內(nèi)能量的最大值和最小值按照一定比例對定位點大小進行縮放，單軸壓縮試驗時空演化過程如下：

圖9 不同層理方向巖石聲發(fā)射定位圖

平行組：加載前期，事件點在試樣內(nèi)部呈離散狀分布，由于平行層理方向礦物排列一致，裂紋首先在礦物組分層間萌生發(fā)育。隨著加載進行，巖石應(yīng)力水平不斷提高，不同尺度的微觀缺陷在試樣內(nèi)部大規(guī)模積聚并沿層理面方向轉(zhuǎn)移，形成裂紋成核區(qū)；巖石臨近失穩(wěn)破壞階段，內(nèi)部裂紋成核區(qū)基本成形，試樣內(nèi)部大量裂紋迅速擴展、相互貫通形成宏觀裂隙，巖石積累的能量迅速釋放，產(chǎn)生的高能事件沿層理分布，最終發(fā)生明顯的張拉破壞。

垂直組：初期階段，AE事件點分布相對平行組試樣更為離散，隨著加載進行，定位點由隨機分布逐漸向試樣中部集中，形成成核區(qū)域，聲發(fā)射事件頻度較高但多為小能量事件。在非均質(zhì)性和軸向應(yīng)力共同影響下層理面產(chǎn)生剪切裂紋，微裂紋逐漸貫穿層理擴展、匯聚形成帶狀裂紋成核區(qū)。試樣達到峰值載荷后，高能事件頻繁出現(xiàn)，內(nèi)部大尺度裂紋不斷向上下兩端或兩側(cè)擴展連通，巖石承載力迅速下降。巖石臨近破裂前夕底部出現(xiàn)多條宏觀裂隙，阻擋了彈性波的傳播，導(dǎo)致聲發(fā)射探頭信號接收受阻，從而影響定位效果，最終底部事件點數(shù)量比真實情況要少。

試樣最終破裂形態(tài)與聲發(fā)射定位結(jié)果十分吻合，表明通過聲發(fā)射定位技術(shù)對試樣內(nèi)聲發(fā)射事件進行探測，可以很好地刻畫巖石內(nèi)微裂紋聚集、成核，最終貫通形成貫通主裂紋這一過程演化發(fā)展規(guī)律。

3 聲發(fā)射b值變化特征

AE的振幅表示單個AE波形信號的最大幅值，高振幅對應(yīng)高能量事件，即發(fā)生大尺度破裂。研究片麻巖試樣在破壞過程中的振幅分布規(guī)律，可以探究不同層理方向片麻巖在加載過程中裂紋尺度演化規(guī)律。

本研究中的聲發(fā)射振幅分布特征用b描述。b是表征地震的震級-頻度關(guān)系的參數(shù)，震級-頻度關(guān)系一直被用作地區(qū)地震活動水平的一項指標。研究發(fā)現(xiàn)，震級與累積頻度對數(shù)之間呈線性關(guān)系，其斜率為b。現(xiàn)在對b值的研究已不限于地震學領(lǐng)域，把巖石受力破壞中的聲發(fā)射事件當作地震活動(微震)，研究不同條件下巖石變形破壞過程中AE的b值變化規(guī)律，可采用式(1)計算：

lgN(A)=C-blgA，

(1)

式中：A為加載過程中AE事件的振幅，dB；N(A)為加載過程中大于(包含)振幅A的AE事件總數(shù)。利用式(1)和試驗過程中獲得的聲發(fā)射數(shù)據(jù)擬合計算出b。b值不僅可以表示聲發(fā)射振幅、能量大小，而且也能反映裂紋擴展的尺度分布。

曾正文等[17]對b值的研究發(fā)現(xiàn)：(1)b值增大意味著小事件所占比例增加，以小尺度破裂為主；(2)b值不變說明AE事件的大小分布比例不變，微破裂尺度分布比較恒定；(3)b值減小意味著大事件比例增多，大尺度微破裂增多。

為了在同一坐標系下比較2組試件b值對時間的歸一化，繪制圖10。從圖10可以看出，平行組試樣初始破裂尺度較大，在發(fā)生第一次應(yīng)力跌落后，試樣內(nèi)部出現(xiàn)大尺度裂隙，同時高振幅事件不斷產(chǎn)生，巖石進入裂紋非穩(wěn)定擴展階段導(dǎo)致大量裂隙萌生，表現(xiàn)為巖石內(nèi)出現(xiàn)大尺度裂隙后，b值逐漸下降至最低點，破裂的尺度變化相較垂直組更為劇烈，呈現(xiàn)出一種突發(fā)式失穩(wěn)破壞。垂直組試樣起裂應(yīng)力水平較低，更早地出現(xiàn)聲發(fā)射事件。加載前期由于裂紋開裂尺度較小，b值較高。伴隨著應(yīng)力水平提高，巖石內(nèi)部微裂隙逐漸匯集、貫通，在局部形成大尺度的裂隙，導(dǎo)致巖石損傷不斷積累，出現(xiàn)損傷局部化區(qū)域，對應(yīng)地巖石發(fā)生多次應(yīng)力跌落，同時伴隨著高能量、高振幅事件大量產(chǎn)生，b值曲線出現(xiàn)多次下跌，最終試樣內(nèi)部宏觀大尺度裂隙相互貫通，巖石徹底失穩(wěn)破壞，此時b值最低。b值曲線多級下跌表明，軸向垂直層理試件的破裂過程具有漸進性。進一步證明不同層理方向的試樣破裂方式不同，這與前文分析的結(jié)果一致。

圖10 不同層理方向巖石b值變化曲線

4 結(jié) 論

(1)不同層理方向的片麻狀構(gòu)造對巖石宏觀破壞影響顯著。平行組試樣裂紋首先在層理面萌生，破裂時沿層理面產(chǎn)生貫通上下端面的主裂隙或沿層理剝離形成垮落區(qū)，呈典型的張拉破壞特征；垂直組試樣破裂時，出現(xiàn)多種破裂模式，以剪切滑移破裂為主，沿層理橫向裂紋、豎向張拉裂紋為輔。

(2)從聲發(fā)射時序、空間演化特征看，平行組試樣由于豎向硬質(zhì)礦物延遲了裂紋起裂，進入劇烈期后聲發(fā)射事件率和能率開始迅速上升，空間定位點逐漸由離散無序分布轉(zhuǎn)向沿層理聚集，試樣沿層理發(fā)生張拉破裂；垂直組試樣起裂應(yīng)力水平較低，相較平行組更晚進入損傷積聚狀態(tài)。劇烈期內(nèi)裂紋大量產(chǎn)生，伴隨著應(yīng)力多次跌落，導(dǎo)致聲發(fā)射波動相較平行組更為劇烈，最終在試樣中部產(chǎn)生條帶狀剪切裂紋成核區(qū)。

(3)從聲發(fā)射曲線、b值曲線波動可以看出，聲發(fā)射特征參數(shù)和破裂模式一致性良好，平行組試樣在第一次應(yīng)力跌落后b值達到最小值，破裂呈突發(fā)式的破壞特征，垂直組b值曲線發(fā)生多次下跌，破裂呈漸進式破壞。在工程失穩(wěn)中監(jiān)測軸向平行層理巖石更為重要。

本文研究成果一定程度上反映了層理方向?qū)r石聲發(fā)射特征的影響，可對工程現(xiàn)場巖石穩(wěn)定性監(jiān)測提供一定的理論參考。另外，文中僅對軸向平行、軸向垂直于層理的片麻巖進行了加載試驗研究，并未展開其他層理角度的試驗，需進一步研究。