花崗巖真三軸加載破壞前兆信息

潘元貴，杜春陽(yáng)，謝小國(guó)，伍中庚，李 維，魏良帥，李欣澤

(1.四川省華地建設(shè)工程有限責(zé)任公司，成都 610081；2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，成都 610081；3.核工業(yè)二八○研究所，廣漢 618300；4.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，成都 611734)

巖體開(kāi)挖卸荷后，巖體內(nèi)部受到擾動(dòng)且應(yīng)力重新分布，巖體在這種狀態(tài)下易發(fā)生突發(fā)性失穩(wěn)破壞。部分巖體結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)部節(jié)理裂隙較少，在發(fā)生突發(fā)性失穩(wěn)破壞前，巖體卸荷面上無(wú)異?，F(xiàn)象發(fā)生，極易對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的生命造成威脅。因此，對(duì)于完整性巖體在開(kāi)挖卸荷后的突發(fā)性失穩(wěn)破壞前兆信息的研究就顯得格外重要。

目前，中外學(xué)者對(duì)巖石失穩(wěn)破壞前兆信息的識(shí)別和提取作出了大量研究，采用先進(jìn)的試驗(yàn)儀器(高速攝像機(jī)提取巖石破壞過(guò)程中表面裂紋演化過(guò)程、聲發(fā)射系統(tǒng)提取巖石內(nèi)部聲學(xué)信號(hào)、紅外熱像儀記錄巖石表面溫度場(chǎng)演化過(guò)程)對(duì)巖石破壞過(guò)程中的裂紋發(fā)育、內(nèi)部聲學(xué)信號(hào)、巖石表面溫度場(chǎng)變化開(kāi)展研究，獲得了大量研究成果。其中，紅外熱像研究領(lǐng)域，Luong等[1-3]探究巖石在疲勞破壞過(guò)程中紅外熱輻射特征，揭示巖石在不同加載過(guò)程中均伴隨有不同程度的熱輻射，分析巖石表面熱像特征，可對(duì)巖石的破壞程度進(jìn)行判定。Martelli等[4]對(duì)巖石破壞過(guò)程中巖石表面電磁輻射研究中，提出“摩擦致熱發(fā)光效應(yīng)”和“等離子效應(yīng)”假說(shuō)。劉善軍等[5-7]研究巖石破壞過(guò)程中熱紅外前兆形式及類型；針對(duì)巖石加載過(guò)程中熱紅外輻射溫度場(chǎng)的演化特征展開(kāi)定量研究，發(fā)現(xiàn)采用熵來(lái)反映巖石加載破壞過(guò)程更好；研究潮濕巖石加載過(guò)程中熱紅外輻射變化特征時(shí)發(fā)現(xiàn):巖石破壞過(guò)程中，潮濕巖石的熱像異?，F(xiàn)象較差，干燥巖石的熱像異?，F(xiàn)象較好，水對(duì)巖石加載破壞過(guò)程中的熱紅外輻射具有降低作用。張鐵寶等[8]針對(duì)蘆山和岷縣地震前該地區(qū)的衛(wèi)星熱紅外影像變化特征展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)震前溫度升高區(qū)域的分布受二級(jí)地塊控制。張璇等[9]和邵楠清等[10]研究地震前熱像亮溫異常的時(shí)空演變特征，發(fā)現(xiàn)熱像異常區(qū)域與未來(lái)地震區(qū)域相一致。寧亞靈等[11]在研究文安地震前衛(wèi)星熱像變化特征中發(fā)現(xiàn)，震前熱像中的透熱指數(shù)和異常比值同時(shí)出現(xiàn)異常高值。郭幫杰等[12]運(yùn)用熱紅外光譜遙感來(lái)定量反演巖石中的石英含量，發(fā)現(xiàn)熱紅外光譜的發(fā)射峰凸顯程度與石英含量呈正相關(guān)關(guān)系。

聲發(fā)射研究領(lǐng)域中，蘇承東等[13]聲發(fā)射事件數(shù)隨應(yīng)變呈現(xiàn)階段性變化特征，聲發(fā)射參數(shù)能反映巖石應(yīng)力水平和破裂階段，具有穩(wěn)定的前兆特性。蘇國(guó)韶等[14-15]研究巖爆過(guò)程中聲發(fā)射頻譜特征，發(fā)現(xiàn)在巖爆發(fā)生前，聲發(fā)射幅值出現(xiàn)平靜期，巖爆過(guò)程中聲發(fā)射主頻由高向低過(guò)渡。朱振飛等[16]研究拉伸條件下聲發(fā)射主頻和雙頻特征，研究發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射頻譜對(duì)裂紋開(kāi)展有較強(qiáng)的敏感性。陳國(guó)慶等[17]研究節(jié)理裂隙花崗巖單軸壓縮破壞過(guò)程中熱紅外前兆信息特征，發(fā)現(xiàn)熱紅外前兆性優(yōu)于聲發(fā)射前兆，通過(guò)熱像走勢(shì)可以預(yù)測(cè)未來(lái)裂紋擴(kuò)展趨勢(shì)。張志婷等[18]對(duì)開(kāi)放性節(jié)理裂隙巖石三軸加載破壞的前兆信息展開(kāi)研究，研究發(fā)現(xiàn)巖石破壞前臨空面上的溫度特征粗糙度會(huì)出現(xiàn)異常變化，這種變化預(yù)示著巖石破壞即將來(lái)臨。趙建軍等[19]對(duì)不同應(yīng)力路徑下英安巖聲發(fā)射b值特征開(kāi)展研究，研究結(jié)果表明當(dāng)巖樣峰值強(qiáng)度后存在明顯的應(yīng)力跌落，此時(shí)聲發(fā)射b值的快速下降。

綜上所述，中外眾多學(xué)者對(duì)巖石破壞過(guò)程中紅外熱像和溫度場(chǎng)以及聲發(fā)射信號(hào)展開(kāi)較為全面研究，獲得豐碩的研究成果，為巖體失穩(wěn)預(yù)警提供了重要參考?；诳蒲星拜厒兊难芯克悸?，將熱紅外與聲發(fā)射引入巖石真三軸加載過(guò)程中，分析研究巖石在真三軸加載破壞過(guò)程中聲發(fā)射和熱紅外變化特征，著重研究巖石破壞前各項(xiàng)指標(biāo)的異常變化，為巖石破壞提供前兆預(yù)警。

1 試樣制備和試驗(yàn)方案

1.1 試樣制備

巖石試樣材料為花崗巖，巖樣結(jié)構(gòu)致密，完整性好。巖樣尺寸為長(zhǎng)寬高均是100 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體，巖樣端面平整度±0.05 mm，垂直度誤差±0.25°。真三軸加載試驗(yàn)一共準(zhǔn)備9個(gè)巖樣，分為3組，每組3個(gè)巖樣，試件照片如圖1所示。

圖1 花崗巖試件照片

1.2 試驗(yàn)方案

真三軸加載試驗(yàn)研究背景為巖體開(kāi)挖卸荷后，卸荷面附近應(yīng)力集中導(dǎo)致巖體失穩(wěn)破壞。

設(shè)置初始應(yīng)力:σ1為最大主應(yīng)力方向，σ2為中間主應(yīng)力方向，σ3為最小主應(yīng)力方向，最小主應(yīng)力方向?yàn)樾逗煞较颉?/p>

真三軸試驗(yàn)加載方案為:試驗(yàn)加載采用位移控制和荷載控制兩種方式，先用位移控制方式對(duì)σ1施加0.5 MPa力，使試件端面與傳力柱面接觸，再轉(zhuǎn)換荷載控制方式，以0.2 MPa/s加荷速率加載至最大主應(yīng)力設(shè)計(jì)值；保持最大主應(yīng)力不變，運(yùn)用同樣加載方式將σ2加載至設(shè)計(jì)值；保持中間主應(yīng)力不變，對(duì)σ3方向保持單面臨空，對(duì)立面采用以上方式施加應(yīng)力至設(shè)計(jì)值。試件在此應(yīng)力狀態(tài)下受力保持10 s，試件應(yīng)力狀態(tài)如圖2所示，之后保持σ2和σ3應(yīng)力不變，以2 kN/s的加載速度增加σ1直至試件破壞。在此過(guò)程中聲發(fā)射、高速攝像機(jī)、紅外熱像儀同步采集數(shù)據(jù)。為消除試驗(yàn)隨機(jī)性，每種中間主應(yīng)力下做3個(gè)試樣，試驗(yàn)應(yīng)力加載詳細(xì)信息如表1所示。

圖2 真三軸加載應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力路徑

表1 真三軸加載試驗(yàn)詳細(xì)信息

1.3 試驗(yàn)儀器

加載設(shè)備:真三軸加載試驗(yàn)采用的試驗(yàn)機(jī)是新型高壓伺服動(dòng)真三軸剛性試驗(yàn)機(jī)(TAW1-5000/3000)如圖3所示。水平加載系統(tǒng)可輸出最大壓力3 000 kN，豎直加載系統(tǒng)可輸出最大壓力5 000 kN，加卸載過(guò)程運(yùn)用全數(shù)字伺服測(cè)控技術(shù)，保證試驗(yàn)加載準(zhǔn)確性。

圖3 高壓伺服動(dòng)真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)

觀測(cè)設(shè)備:聲發(fā)射采集系統(tǒng)、紅外熱像儀、高速攝像機(jī)。紅外熱像儀為FLIRSC305紅外熱像儀，如圖4所示，熱像儀探測(cè)最大距離10 m，溫度測(cè)量范圍為-20～350 ℃，測(cè)量精度為2%，紅外圖像分辨率320×240像素，圖像采集幀頻9 Hz。

圖4 FLIRSC305紅外熱像儀

聲發(fā)射監(jiān)測(cè)儀器是由美國(guó)PAC公司研發(fā)的Micro-II Digital AE System聲發(fā)射采集系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 Micro-II Digital AE System聲發(fā)射采集系統(tǒng)

試驗(yàn)采用美國(guó)SVSI公司研制的高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)對(duì)巖石破壞過(guò)程進(jìn)行觀察，高速攝像機(jī)如圖6所示。高速攝像機(jī)相關(guān)參數(shù):攝像機(jī)最大分辨率為1 280×1 024像素，最大幀速率532 f/s。

圖6 SVSI高速攝像機(jī)

試驗(yàn)采用紅外熱像儀實(shí)時(shí)記錄巖石加載過(guò)程中表面溫度和熱像變化情況；高速攝像機(jī)用以記錄巖石加載破壞過(guò)程，觀察巖石破壞過(guò)程中表面裂紋發(fā)育擴(kuò)展情況；聲發(fā)射儀用來(lái)捕捉巖石內(nèi)部聲學(xué)信號(hào)，根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)變化來(lái)反映巖石內(nèi)部裂紋發(fā)育情況。

2 熱紅外前兆信息

2.1 熱像演化與巖石破壞過(guò)程

觀察巖石破裂過(guò)程中紅外熱像演化特征，對(duì)比分析巖石破壞過(guò)程中試件臨空面上紅外熱像變化特征，探究巖石破裂與熱像異常之間的關(guān)系。

圖7為σ2=15 MPa時(shí)巖石破壞過(guò)程與熱像演化過(guò)程對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。當(dāng)軸向荷載加載至142.25 MPa時(shí)，試件上部的紅外熱像開(kāi)始出現(xiàn)異常斑塊，斑塊呈長(zhǎng)條狀，與未來(lái)裂紋出現(xiàn)位置相一致，此時(shí)試件臨空面上無(wú)裂紋出現(xiàn)；荷載為145.13 MPa時(shí)，熱像異常變成一條明亮條帶，此時(shí)試件臨空面上端開(kāi)始出現(xiàn)裂紋；荷載為145.85 MPa時(shí)達(dá)到峰值，試件內(nèi)裂紋貫通，臨空面折斷崩落，紅外熱像在崩落處出現(xiàn)高溫異常斑塊；隨后應(yīng)力逐漸回落，熱像高溫異常斑塊也開(kāi)始消散。

圖7 σ2=15 MPa時(shí)巖石破壞與熱像演化過(guò)程

圖8為σ2=30 MPa時(shí)巖石破壞過(guò)程與熱像演化過(guò)程圖。軸向荷載219.98 MPa時(shí)熱像首次初選異常斑塊，出現(xiàn)位置為未來(lái)裂紋出現(xiàn)區(qū)域，荷載上升至222.47 MPa時(shí)，試件臨空面上開(kāi)始出現(xiàn)裂紋，此刻熱像異常斑塊變大；荷載增至峰值荷載225.68 MPa時(shí)，試件臨空面崩落，崩落區(qū)的熱像出現(xiàn)大面積高溫斑塊；應(yīng)力回落至192.33 MPa時(shí)，試件在崩落區(qū)發(fā)生次生破壞。

圖8 σ2=30 MPa時(shí)巖石破壞與熱像演化過(guò)程

圖9為σ2=45 MPa時(shí)巖石破壞過(guò)程與熱像演化過(guò)程圖。軸向荷載加至282.21 MPa時(shí)，臨空面上熱像出現(xiàn)大面積異常斑塊，此刻試件臨空面上無(wú)裂紋出現(xiàn)；荷載增至288.89 MPa時(shí)，試件右側(cè)開(kāi)始出現(xiàn)一條貫穿裂縫，該處熱像出現(xiàn)一塊亮溫斑塊；荷載增長(zhǎng)至290.01 MPa時(shí)，試件破壞，試件右上側(cè)出現(xiàn)一團(tuán)高溫斑塊，隨后臨空面脫落，破壞面內(nèi)熱像異常斑塊明顯。

圖9 σ2=45 MPa時(shí)巖石破壞與熱像演化過(guò)程

根據(jù)以上對(duì)比分析可知，熱像演化與巖石表面裂紋發(fā)育有較好的對(duì)應(yīng)性。三種中間主應(yīng)力條件下，試件臨空面出現(xiàn)裂紋之前都有熱像異?，F(xiàn)象發(fā)生，且熱像異常出現(xiàn)位置與未來(lái)裂紋出現(xiàn)位置相對(duì)應(yīng)，受壓摩擦區(qū)域熱像呈升溫狀態(tài)，張拉區(qū)域熱像呈降溫狀態(tài)。其中，σ2=15、30、45 MPa時(shí)熱像首次出現(xiàn)距試件破壞依次為18、32、39 s，臨空面上裂紋首次出現(xiàn)距離試件破壞3.6、5.6、7.8 s。

2.2 熱紅外溫度變化特征

熱像演化從空間上反映了巖石破壞過(guò)程及破壞特征，溫度曲線可從時(shí)間上反映巖石加載破壞過(guò)程。圖10(a)為σ2=15 MPa時(shí)溫度時(shí)間曲線圖。將試件整個(gè)破壞過(guò)程劃分為5個(gè)階段，第Ⅰ階段為初始階段，溫度變化幅度微小，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈線性變化；第Ⅱ階段為發(fā)展階段，溫度變化小，應(yīng)力應(yīng)變曲線上升加快；第Ⅲ階段為異常階段，溫度曲線開(kāi)始初選異常變化，主要表現(xiàn)為變化幅度明顯增大，應(yīng)力應(yīng)變曲線依舊呈上升趨勢(shì)，第Ⅲ階段末期溫度曲線陡然上升，此刻試件破壞；第Ⅳ階段為初始衰減期，該時(shí)期內(nèi)溫度曲線從峰值開(kāi)始回落，曲線變化幅度大，應(yīng)力跌落至120 MPa水平；第Ⅴ階段為衰落期，溫度曲線下落至一定溫度后保持不變，應(yīng)力應(yīng)變曲線跌落。

圖10(b)為σ2=30 MPa時(shí)溫度時(shí)間曲線圖。第Ⅰ階段內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變曲線斜率較小，溫度保持在20.53～20.71 ℃變化；第Ⅱ階段內(nèi)溫度曲線變化幅度依舊較小，應(yīng)力應(yīng)變曲線斜率增大；第Ⅲ階段內(nèi)溫度曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性變化，變化形態(tài)呈先下降后上升，下降至K點(diǎn)后迅速回升，第Ⅲ階段末期溫度陡增至峰值，應(yīng)力應(yīng)變曲線在此期間斜率逐漸降低；第Ⅳ階段，溫度回落至20.85 ℃水平，溫度曲線呈震蕩變化，應(yīng)力回落至190 MPa水平，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈斷崖式跌落；第Ⅴ階段，破裂面上的溫度逐漸降低至常溫，溫度曲線跌落，應(yīng)力跌落至50 MPa水平。

圖10(c)為σ2=45 MPa時(shí)溫度時(shí)間曲線圖。第Ⅰ階段內(nèi)溫度曲線呈先升后降的變化趨勢(shì)，變化范圍為22.28～22.21 ℃，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈線性上升；第Ⅱ階段中溫度曲線呈先降后升變化形態(tài)，應(yīng)力應(yīng)變曲線斜率上升；第Ⅲ階段內(nèi)，溫度波動(dòng)幅度增大，出現(xiàn)兩次轉(zhuǎn)折性變化，曲線變化形態(tài)呈“W”形，階段末期溫度驟然上升至22.37 ℃，此刻試件破壞，應(yīng)力達(dá)到峰值；第Ⅳ階段內(nèi)溫度曲線有所下降，但仍保持在高水平變化，這是因?yàn)槠茐拿嫔习l(fā)生的次生破壞使得溫度繼續(xù)維持在高水平，應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)回落后上升的現(xiàn)象；第Ⅴ階段內(nèi)，溫度曲線逐漸下跌，應(yīng)力降低至154 MPa水平。

圖10 溫度變化曲線

根據(jù)以上分析可知，巖石破壞時(shí)表面峰值溫度隨中間主應(yīng)力增加而增大，這是因?yàn)橹虚g主應(yīng)力增大使得試件強(qiáng)度增加，破壞前能集聚更多能量，破壞時(shí)能量釋放更多，巖石破裂時(shí)溫度升高。溫度曲線第Ⅲ階段中的異常轉(zhuǎn)折變化預(yù)示著試件進(jìn)入潛在破壞階段，這種異?，F(xiàn)象表明試件隨時(shí)可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。

不同中間主應(yīng)力下，溫度曲線第Ⅲ階段持續(xù)時(shí)間不同，15 MPa時(shí)為153 s，30 MPa時(shí)為189 s，45 MPa時(shí)為247 s。由此可見(jiàn)，中間主應(yīng)力越大，溫度異常變化出現(xiàn)越早，分析其原因在于:根據(jù)熱彈效應(yīng)理論[7]，巖石受力時(shí)表面溫度升高，所受的荷載越大，溫度升高越高。中間主應(yīng)力增加使得巖樣強(qiáng)度增大，使得巖石溫度異常的荷載門檻值是一定的，所以高強(qiáng)度的巖石試件所表現(xiàn)出的溫度異常要早于低強(qiáng)度的試件。

3 聲發(fā)射變化特征

觀察聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率變化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率變化過(guò)程存在階段性，根據(jù)不同時(shí)段內(nèi)聲發(fā)射變化特征，分別定義為A平穩(wěn)階段、B上升階段、C雙峰值階段、D衰減階段。

圖11(a)為σ2=15 MPa時(shí)聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率。平穩(wěn)階段占全過(guò)程的62.9%，聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率變化范圍0～180；上升階段占6.1%，振鈴計(jì)數(shù)率上升至260～750變化水平，振鈴計(jì)數(shù)率事件數(shù)也明顯增多，該階段末期，聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率出現(xiàn)首次突增，突增至1 890，此刻試件內(nèi)部主裂紋貫通；雙峰值階段占23.3%，該階段內(nèi)聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率出現(xiàn)兩次突增，第二次突增值為1 680，表明巖石內(nèi)部又一條裂紋貫通，兩次突增之間聲發(fā)射計(jì)數(shù)率跌落至平穩(wěn)階段水平；第二次突增后聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率逐漸回落，降至平穩(wěn)階段水平，衰減階段占7.7%。

圖11 聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率

圖11(b)為σ2=30 MPa時(shí)聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率。平穩(wěn)階段占71.0%，振鈴計(jì)數(shù)率變化范圍為0～280，整體上變化平穩(wěn)；上升階段占7.1%，該階段內(nèi)振鈴計(jì)數(shù)率變化范圍上升至310～450，階段末期試件主裂紋貫通，聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率陡增至2 088；衰減期占21.9%，振鈴計(jì)數(shù)率跌落至0～45變化范圍。該試件聲發(fā)射兩次振鈴陡增相隔較近，兩條主裂紋貫通時(shí)間相差較短。

圖11(c)為σ2=45 MPa時(shí)聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率。平穩(wěn)階段占62.7%，振鈴計(jì)數(shù)率變化范圍為0～450，整體變化幅度較?。簧仙A段占3.5%，振鈴計(jì)數(shù)率由0～450增長(zhǎng)至800～900，且振鈴事件數(shù)明顯增多，階段末期出現(xiàn)首次突增，增長(zhǎng)至2 312，這預(yù)示著試件內(nèi)部裂紋首次貫通；雙峰值階段占6.3%，振鈴第二次陡增至2 472，兩次陡增之間振鈴計(jì)數(shù)率變化范圍300～920，變化幅度明顯增大；衰減期占27.5%，振鈴計(jì)數(shù)率變化范圍跌落至50～320。

通過(guò)分析不同中間主應(yīng)力下聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率變化特征發(fā)現(xiàn):①試件破壞時(shí)振鈴計(jì)數(shù)率峰值隨中間主應(yīng)力增大而增加；②聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率首次上升距巖石破壞時(shí)間隨中間主應(yīng)力增大而增長(zhǎng)，分別為62、81、102 s；③振鈴計(jì)數(shù)率雙峰值之間，振鈴計(jì)數(shù)率跌落明顯。分析這些現(xiàn)象的原因:①中間主應(yīng)力上升使得試件強(qiáng)度增大，加載過(guò)程中內(nèi)部能量積蓄增多，破壞時(shí)釋放能量大，致使振鈴計(jì)數(shù)率上升；②使得聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率上升的應(yīng)力門檻值是一定的，試件強(qiáng)度增大，加載過(guò)程中應(yīng)力能在試件破壞前更早到達(dá)門檻值；③振鈴計(jì)數(shù)率每一次突增都是巖石內(nèi)部一條裂紋貫通，裂紋貫通后試件內(nèi)部能量釋放，在以后一小段時(shí)間內(nèi)，巖石內(nèi)部處于平靜狀態(tài)。

4 各類前兆信息對(duì)比

根據(jù)以上研究分析，巖石真三軸加載破壞前，熱紅外存在兩類前兆，分別是熱像異常前兆和溫度異常前兆；巖石破壞前，聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率異常上升。三種前兆信息對(duì)比分析，比較各類前兆的時(shí)序特征。

表2是熱像前兆、溫度前兆、聲發(fā)射前兆、臨空面裂紋出現(xiàn)的時(shí)序特征，根據(jù)表中信息可知，最早出現(xiàn)的是溫度前兆信息，其次是聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率前兆，隨后是紅外熱像異常前兆，臨空面裂紋出現(xiàn)距巖石失穩(wěn)破壞最近。導(dǎo)致這些前兆信息出現(xiàn)時(shí)序差異的原因如下。

表2 各類前兆信息首次出現(xiàn)距巖石破壞時(shí)間

(1)巖石表面溫度變化要達(dá)到門檻值時(shí)所表現(xiàn)出的熱像異常才能被肉眼識(shí)別，而溫度曲線卻能更加細(xì)微的反映巖石表面溫度變化，所以溫度曲線異常前兆比紅外熱像異常更早出現(xiàn)。

(2)巖石試件內(nèi)部微裂紋出現(xiàn)致使聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率上升，相比于巖石表面溫度變化要稍有延遲，但比熱像異常前兆出現(xiàn)時(shí)間早。

(3)巖石表面裂紋出現(xiàn)預(yù)示著巖石主裂紋即將貫通，試件即將破壞。

通過(guò)研究巖石表面溫度變化和巖石內(nèi)部聲學(xué)信號(hào)變化特征來(lái)反映巖石破壞過(guò)程。通過(guò)熱像異常從巖石外部研究巖石受載破壞情況，通過(guò)聲發(fā)射從巖石內(nèi)部反映巖石破壞過(guò)程，用這兩種前兆信息共同來(lái)捕獲巖石破壞。

5 結(jié)論

花崗巖真三軸加載破壞過(guò)程中，對(duì)巖樣臨空面溫度變化特征和熱像演化特征以及聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率變化特征進(jìn)行研究分析，得出以下結(jié)論。

(1)熱像演化過(guò)程對(duì)巖石臨空面破裂有指導(dǎo)作用；溫度曲線在巖石破壞前會(huì)出現(xiàn)異常變化；聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率在破壞前會(huì)明顯升高且計(jì)數(shù)率事件數(shù)也會(huì)明顯增多。

(2)巖石破壞前出現(xiàn)的各類前兆信息具有現(xiàn)時(shí)序特征，時(shí)序順序?yàn)?熱紅外溫度前兆>聲發(fā)射前兆>熱像異常前兆>裂紋首次出現(xiàn)。

(3)空間上熱像演化對(duì)巖石臨空面的未來(lái)破壞位置有指導(dǎo)意義；時(shí)間上溫度曲線能更早預(yù)警巖石破壞；從巖石內(nèi)部角度上，聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率反映巖石內(nèi)部裂紋發(fā)育情況，從巖石內(nèi)部預(yù)警巖石破壞。