北山花崗巖張拉力學(xué)性質(zhì)及聲發(fā)射特征研究

王超圣 劉建鋒 趙耀威 王 舉

(1.河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院 河南 洛陽(yáng) 471000;2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院 四川 成都 610065)

巷道失穩(wěn)、頂板坍塌、沖擊地壓、礦震等是采礦過(guò)程中經(jīng)常遇到的工程災(zāi)害,這些災(zāi)害不僅影響開(kāi)采進(jìn)度,造成經(jīng)濟(jì)損失,更為嚴(yán)重的是時(shí)常造成人員傷亡。大量的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明這些災(zāi)害的啟動(dòng)應(yīng)力遠(yuǎn)小于圍巖的壓縮強(qiáng)度。巖石的張拉特性明顯劣于壓縮特性,常見(jiàn)脆性巖石的抗拉強(qiáng)度僅為單軸抗壓強(qiáng)度的十幾分之一到二十幾分之一。雖然在工程實(shí)踐中一般不允許拉應(yīng)力出現(xiàn),但拉伸破壞仍然是工程巖體及自然界巖體的主要破壞形式之一。很多深埋于脆性巖體中的地下工程破壞是由巖石張拉特性控制[1-4],因此,張拉力學(xué)性質(zhì)被認(rèn)為是脆性巖石最主要的力學(xué)性質(zhì)之一,也是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。

直接拉伸試驗(yàn)和巴西劈裂試驗(yàn)是常用的兩種研究巖石張拉力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)方法,但兩種方法得到的巖石張拉力學(xué)性質(zhì)往往具有一定的差異,如COVIELLO等[5]認(rèn)為直接拉伸試驗(yàn)的強(qiáng)度高于巴西劈裂試驗(yàn)的強(qiáng)度,FUENKAJORN等[6]認(rèn)為直接拉伸試驗(yàn)的強(qiáng)度低于巴西劈裂試驗(yàn)的強(qiáng)度,LI等[7]則認(rèn)為直接拉伸試驗(yàn)的強(qiáng)度與巴西劈裂試驗(yàn)的強(qiáng)度相差不大,PERRAS等[8]和ANDREEV等[9]認(rèn)為兩種試驗(yàn)結(jié)果的差異性與巖石的組成相關(guān)。直接拉伸試驗(yàn)僅在拉應(yīng)力作用下破壞,試件受力簡(jiǎn)單明確,因此認(rèn)為張拉試驗(yàn)結(jié)果反映了巖石的真實(shí)抗拉性質(zhì)。但直接拉伸試驗(yàn)具有設(shè)備要求高、成功率低、費(fèi)用高等不足,不利于在工程實(shí)踐中大量應(yīng)用。巴西劈裂試驗(yàn)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成功率高、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),有利于在工程實(shí)踐中大量使用,但由于該試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅焕硐牖?很多假設(shè)與實(shí)際情況不符,因此試驗(yàn)結(jié)果往往需要進(jìn)行修正。

巴西劈裂試驗(yàn)成功的關(guān)鍵是破裂起始于圓盤(pán)的中心,并逐漸擴(kuò)展到加載的端部,最終形成破裂面。因此試件內(nèi)部應(yīng)力的分布狀態(tài)和裂隙擴(kuò)展過(guò)程是巴西劈裂試驗(yàn)研究的熱點(diǎn)之一,如吳順川等[10]基于巴西劈裂試驗(yàn)及數(shù)值模擬分析了試件內(nèi)部應(yīng)力分布狀態(tài)、啟裂位置以及試件尺寸對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響;LI等[7]采用FLAC3D研究了巴西圓盤(pán)的應(yīng)力分布特點(diǎn),進(jìn)一步提出判斷啟裂位置的方法;YU等[11]、ALIHA等[12]采用三維有限元模擬研究了厚徑比對(duì)巴西圓盤(pán)應(yīng)力分布的影響,并對(duì)巴西劈裂試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了修正;黃耀光等[13]基于二維彈性理論,建立了對(duì)弦載荷下的平臺(tái)巴西劈裂力學(xué)模型;尤明慶等[14]研究了平臺(tái)中心角對(duì)應(yīng)力分布和啟裂位置的影響。但目前關(guān)于試件破裂過(guò)程的研究多采用應(yīng)力應(yīng)變分析或數(shù)值模擬等間接手段進(jìn)行分析,缺少對(duì)內(nèi)部破裂形式和破壞過(guò)程的直接研究。

甘肅北山是我國(guó)高放射性廢物處置庫(kù)的重要預(yù)選區(qū),將建成我國(guó)第一個(gè)高放射性廢物地下實(shí)驗(yàn)室,該地區(qū)巖性以花崗巖為主。高放射性廢物地下實(shí)驗(yàn)室主體埋深550 m左右,具有硐室斷面大、硐室交叉多、局部地應(yīng)力高的特點(diǎn)。在硐室交叉部位、拱頂?shù)炔课灰装l(fā)生破壞。為了保證地下實(shí)驗(yàn)室的工程安全,開(kāi)展北山花崗巖張拉力學(xué)性質(zhì)及聲發(fā)射特征的研究十分必要。如滿軻等[15]通過(guò)Hopkinson試驗(yàn)研究了賦存深度對(duì)新疆天湖花崗巖動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)特性的影響;王超圣等[16]基于聲發(fā)射研究了巖石破壞過(guò)程中內(nèi)部破裂的演化形式;李天一等[17]通過(guò)聲發(fā)射事件的時(shí)空演化特征研究了直接拉伸試驗(yàn)試件的破壞過(guò)程?，F(xiàn)階段雖然對(duì)北山花崗巖開(kāi)展了大量研究,但對(duì)巴西劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度與直接拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度的關(guān)系研究較少,對(duì)巴西劈裂試驗(yàn)裂紋的形式、啟裂位置、擴(kuò)展過(guò)程的研究有待深入。

本研究通過(guò)巴西劈裂試驗(yàn)、直接拉伸試驗(yàn)以及三軸壓縮試驗(yàn)開(kāi)展北山花崗巖的基本力學(xué)性質(zhì)研究,試驗(yàn)過(guò)程中檢測(cè)聲發(fā)射事件,對(duì)比分析巴西劈裂試驗(yàn)和直接拉伸試驗(yàn)下的巖石力學(xué)性質(zhì)差異,基于聲發(fā)射特征分析不同試驗(yàn)方式下北山花崗巖的破壞特征,并進(jìn)一步開(kāi)展巴西劈裂試件內(nèi)部的破裂形式及其演化過(guò)程研究。

1 試驗(yàn)方案與設(shè)備

1.1 試件制備

本研究試樣均取自我國(guó)高放射性廢物處置庫(kù)甘肅北山預(yù)選區(qū),按照試驗(yàn)要求的精度和尺寸加工試件。其中,巴西劈裂試驗(yàn)的試件尺寸為直徑63 mm×高度38 mm,直接拉伸和壓縮試驗(yàn)的試件尺寸為直徑50 mm×高度100 mm,直接拉伸試件通過(guò)高強(qiáng)黏結(jié)劑與拉伸專用端頭黏結(jié)在一起(圖1)。

圖1 試驗(yàn)試件Fig.1 Specimens for tests

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方案

本研究試驗(yàn)均使用美國(guó)生產(chǎn)的MTS815 Flex Test GT巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(圖2),試驗(yàn)過(guò)程中使用美國(guó)物理聲學(xué)公司生產(chǎn)的PCI-2聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄巖石破壞過(guò)程中的聲發(fā)射事件,聲發(fā)射傳感器的采集頻率為200 kHz,采樣的門(mén)檻值設(shè)置為26 dB。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí),將聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)與加載設(shè)備同時(shí)開(kāi)啟,保證兩個(gè)設(shè)備以同一時(shí)間開(kāi)始記錄相應(yīng)的聲發(fā)射和力學(xué)參數(shù)。試驗(yàn)過(guò)程中使用引伸計(jì)測(cè)量試件的軸向和環(huán)向變形。

圖2 MTS 815 Flex Test GT巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2 MTS 815 Flex Test GT Rock mechanics test system

三軸壓縮試驗(yàn)采用軸向荷載和環(huán)向變形聯(lián)合控制加載,試驗(yàn)過(guò)程中先以30 kN/min施加軸向力,當(dāng)體積應(yīng)變出現(xiàn)回轉(zhuǎn)時(shí)停止軸向荷載控制,改為環(huán)形變形控制,加載速率為0.02 mm/min,直至試件破壞。根據(jù)北山預(yù)選區(qū)的應(yīng)力特征及地下實(shí)驗(yàn)室埋深,圍壓設(shè)置為 5、10、15、30 MPa,對(duì)應(yīng)試件的編號(hào)分別為3-2、3-3、3-4、3-5。 直接拉伸試驗(yàn)使用軸向引伸計(jì)控制加載,加載速率為0.005 mm/min,直至破壞。巴西劈裂試驗(yàn)沿圓柱的直徑方向施加線荷載,采用引伸計(jì)控制加載,加載速率為0.05 mm/min,直至破壞。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 基本力學(xué)性質(zhì)研究

不同試驗(yàn)方式下的試驗(yàn)結(jié)果如表1和圖3所示(試件8-1的應(yīng)變測(cè)試失敗)。圖3中巴西劈裂試驗(yàn)的軸向壓縮應(yīng)變?yōu)閮杉虞d點(diǎn)之間的變形量與試件直徑的比值,以壓應(yīng)變?yōu)檎?直接拉伸試驗(yàn)的應(yīng)變以拉伸為正;三軸壓縮試驗(yàn)的應(yīng)變以壓縮為正,拉伸為負(fù)。巴西劈裂試驗(yàn)和直接拉伸試驗(yàn)下試件的平均強(qiáng)度分別為5.43 MPa和6.67 MPa,直接拉伸試驗(yàn)的強(qiáng)度明顯大于巴西劈裂試驗(yàn)的強(qiáng)度。北山花崗巖壓縮強(qiáng)度相對(duì)較高,且隨著圍壓增加,強(qiáng)度明顯升高,圍壓從5 MPa升高到30 MPa,峰值應(yīng)力從166.62 MPa升高到328.65 MPa。巴西劈裂試件在達(dá)到峰值后突然失去承載力發(fā)生破壞,呈現(xiàn)明顯的脆性破壞特征,而直接拉伸試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)試件均呈現(xiàn)一定的塑性破壞特征,其中三軸壓縮試驗(yàn)的塑性破壞特征更加明顯。巴西劈裂試件的峰值應(yīng)變約為6.84‰,直接拉伸試件的峰值應(yīng)變約為 0.29‰,圍壓 5、10、15、30 MPa試件對(duì)應(yīng)的峰值軸向應(yīng)變分別為1.06%、1.25%、1.43%和1.84%,壓縮試驗(yàn)破壞的峰值應(yīng)變明顯大于直接拉伸試驗(yàn)破壞的峰值應(yīng)變。

圖3 不同試驗(yàn)下北山花崗巖應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of Beishan granite under different tests

表1 3種試驗(yàn)方法的試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test results of three test methods

張拉試驗(yàn)破壞后的部分試件如圖4所示,巴西劈裂試件的破壞面貫穿兩個(gè)加載點(diǎn),整體上沿著加載面發(fā)生破壞,但破壞面比較粗糙。直接拉伸試件的破壞面垂直于試件軸心,且破裂斷面較為平整。

圖4 張拉試驗(yàn)破壞后試件Fig.4 Specimens destroyed by tensile test

直接拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度約為巴西劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度的1.23倍,這主要是由于巴西劈裂將試件簡(jiǎn)化為平面模型,認(rèn)為在試件高度方向上應(yīng)力狀態(tài)不發(fā)生變化。但大量研究表明,該假設(shè)與試件的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)不符。YU等[11]、ALIHA等[12]研究發(fā)現(xiàn),試件在兩端截面的受力明顯大于試件中心截面的受力。北山花崗巖的物理力學(xué)參數(shù)與ALIHA等[12]研究的巖石物理力學(xué)參數(shù)十分相似,因此采用其研究結(jié)果對(duì)巴西劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度進(jìn)行修正,修正公式為

式中,σT為巴西劈裂試驗(yàn)修正強(qiáng)度,MPa;k為試件高度與直徑的比值;P為試驗(yàn)最大加載力,N;d為試件直徑,mm;t為試件厚度,mm。

根據(jù)式(1)計(jì)算,巴西劈裂試驗(yàn)修正后的強(qiáng)度為6.29 MPa,與直接拉伸試驗(yàn)強(qiáng)度十分接近。

2.2 聲發(fā)射特征研究

聲發(fā)射事件數(shù)是聲發(fā)射信號(hào)的一個(gè)重要特征,反映了巖石內(nèi)部裂隙的產(chǎn)生和擴(kuò)展過(guò)程。不同受力狀態(tài)下聲發(fā)射事件數(shù)均隨著應(yīng)力增加而增加(圖5)。巴西劈裂試件在加載初期聲發(fā)射試件數(shù)增加比較明顯,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到峰值應(yīng)力的70%時(shí),聲發(fā)射事件數(shù)增加速度突然降低,之后緩慢增加,達(dá)到峰值應(yīng)力時(shí),聲發(fā)射事件停止增加。與巴西劈裂試件不同,直接拉伸試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)的試件在加載初期聲發(fā)射事件增加比較緩慢,而在峰值應(yīng)力前后聲發(fā)射事件增加速度較快。

圖5 應(yīng)力—應(yīng)變—累積聲發(fā)射事件數(shù)關(guān)系曲線Fig.5 Relation curves of stress-strain-accumulattion acoustic emission events

振幅和頻率是聲發(fā)射兩個(gè)比較重要的特征參數(shù),不同試驗(yàn)方式下的聲發(fā)射振幅和頻率分布如圖6和圖7所示。所有試件的聲發(fā)射振幅主要分布在26～60 dB范圍,約占總聲發(fā)射事件數(shù)的97%以上。直接拉伸試驗(yàn)和巴西劈裂試驗(yàn)中高振幅聲發(fā)射事件略大于三軸試驗(yàn);巴西劈裂試驗(yàn)和直接拉伸試驗(yàn)聲發(fā)射事件的頻率明顯大于三軸壓縮試驗(yàn)。其中三軸壓縮試驗(yàn)95%以上的聲發(fā)射事件的頻率分布在0～80 kHz,直接拉伸試驗(yàn)和巴西劈裂試驗(yàn)的聲發(fā)射事件頻率主要集中在0～160 kHz,約占總事件數(shù)的90%。整體上,巴西劈裂試驗(yàn)聲發(fā)射事件頻率大于直接拉伸試驗(yàn)的聲發(fā)射事件頻率。

圖6 不同試驗(yàn)方式下的振幅分布Fig.6 Amplitude distribution under different tests

圖7 不同試驗(yàn)方式下的頻率分布Fig.7 Frequency distribution under different tests

2.3 巴西劈裂試驗(yàn)試件破壞過(guò)程

從頻率或振幅的單因素分析,巴西劈裂試驗(yàn)的聲發(fā)射事件與直接拉伸試驗(yàn)聲發(fā)射事件的特征更相似,但無(wú)論是頻率還是振幅,不同的試驗(yàn)在分布上仍有很多重復(fù)部分,只是所占比例不同。因此基于單因素?zé)o法準(zhǔn)確判斷巴西劈裂試驗(yàn)的破裂模式。為了分析巴西劈裂試驗(yàn)的破壞模式和破壞過(guò)程,采用監(jiān)督學(xué)習(xí)方法,根據(jù)聲發(fā)射事件特征建立直接拉伸試驗(yàn)、圍壓5 MPa試驗(yàn)、圍壓10 MPa試驗(yàn)、圍壓15 MPa試驗(yàn)和圍壓30 MPa試驗(yàn)等5類試驗(yàn)破壞的識(shí)別模型,通過(guò)建立的識(shí)別模型對(duì)巴西劈裂聲發(fā)射事件進(jìn)行分類。

KNN(k-Nearest Neighbor)分類算法具有理論簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、準(zhǔn)確度高、支持多分類等優(yōu)點(diǎn)。因此本研究采用該算法建立聲發(fā)射多參量融合的分類模型。該算法的基本步驟如下:

(1)輸入訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集,分別給樣本集中每個(gè)數(shù)據(jù)賦予標(biāo)簽,即表示樣本集中每一個(gè)數(shù)據(jù)與所屬分類的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了避免聲發(fā)射事件數(shù)據(jù)數(shù)量差異對(duì)識(shí)別結(jié)果造成影響,在5、10、15、30 MPa的壓縮試驗(yàn)以及直接拉伸試驗(yàn)的聲發(fā)射事件中等間隔選擇4 000個(gè)事件作為訓(xùn)練數(shù)據(jù),巴西劈裂試驗(yàn)所有的5 169個(gè)聲發(fā)射事件作為測(cè)試數(shù)據(jù)。選擇上升時(shí)間、計(jì)數(shù)、幅值、平均頻率和峰值頻率作為每個(gè)數(shù)據(jù)的屬性,對(duì)應(yīng)的數(shù)值記為x1、x2、x3、x4、x5。

(2)將新數(shù)據(jù)的每個(gè)特征與樣本集中數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的特征進(jìn)行比較,提取樣本最相似數(shù)據(jù)(最近鄰)的分類標(biāo)簽。一般來(lái)說(shuō),只選擇樣本數(shù)據(jù)集中前k個(gè)最相似的數(shù)據(jù),將這些數(shù)據(jù)中出現(xiàn)次數(shù)最多的分類作為新數(shù)據(jù)的分類。兩個(gè)數(shù)據(jù)的相似情況采用歐式距離進(jìn)行判斷,距離越小認(rèn)為越相似。假設(shè)測(cè)試樣本中第i個(gè)聲發(fā)射事件與訓(xùn)練樣本中第j個(gè)聲發(fā)射事件的距離為dj,計(jì)算公式為

式中,dj為兩個(gè)聲發(fā)射事件之間的距離;xki為測(cè)試樣本中第i個(gè)聲發(fā)射事件的屬性值;xkj為訓(xùn)練樣本中第j個(gè)聲發(fā)射事件的屬性值。

(3)輸出測(cè)試樣本集的分類結(jié)果。KNN算法中k的大小直接影響計(jì)算結(jié)果,k一般小于訓(xùn)練樣本數(shù)的算術(shù)平方根。k分別取 10、15、20、25 4個(gè)值,研究k值對(duì)分類的影響。如表2所示,k取10、15、20、25時(shí)巴西劈裂聲發(fā)射事件的分類結(jié)果較為相似,說(shuō)明k在10～25范圍內(nèi)取值對(duì)分類結(jié)果影響較小。本研究基于k=20的結(jié)果進(jìn)行分析。

表2 不同k值下巴西劈裂試驗(yàn)聲發(fā)射事件的分類結(jié)果Table 2 Classification results of acoustic emission events with different k values in Brazilian splitting test

將巴西劈裂試驗(yàn)聲發(fā)射數(shù)據(jù)屬于直接拉伸試驗(yàn)、圍壓5 MPa試驗(yàn)、圍壓10 MPa試驗(yàn)、圍壓15 MPa試驗(yàn)和圍壓30 MPa試驗(yàn)的分別定義為張拉裂紋、壓剪裂紋A、壓剪裂紋B、壓剪裂紋C和壓剪裂紋D,并將不同圍壓下的壓剪破壞裂紋統(tǒng)稱為壓剪裂紋。如表3所示,巴西劈裂試驗(yàn)破壞以張拉裂紋為主,約占95.38%;而壓剪破壞的裂紋占比較低,約占總裂紋數(shù)量的4.62%,其中15 MPa圍壓下的壓剪破壞最多,約占總裂紋的2.36%。

表3 巴西劈裂試件破裂模式識(shí)別結(jié)果Table 3 Recognition result of cracks in Brazilian splitting test specimen

2.4 巴西劈裂試驗(yàn)裂紋演化過(guò)程

巴西劈裂破壞過(guò)程中壓剪裂紋和張拉裂紋數(shù)量的變化過(guò)程如圖 8所示。在加載39 s(應(yīng)力0.12 MPa)前,僅有少量壓剪裂紋產(chǎn)生,在39 s后開(kāi)始出現(xiàn)大量的張拉裂紋。壓剪裂紋和張拉裂紋整體上變化較為一致,均可以分為加速增長(zhǎng)階段、快速線性增長(zhǎng)階段、平靜階段以及緩慢線性增長(zhǎng)階段(表4)。除了加速增長(zhǎng)階段張拉裂紋的起止時(shí)間略滯后于壓剪裂紋外,其他各階段的起止時(shí)間基本一致。裂紋主要產(chǎn)生于加速增長(zhǎng)階段和快速線性增長(zhǎng)階段,壓剪裂紋在加速增長(zhǎng)階段、快速線性增長(zhǎng)階段產(chǎn)生的裂紋占比分別為52.9%、41.3%。對(duì)應(yīng)的張拉破壞在這兩個(gè)階段的占比為49.2%、42.7%。各階段單位時(shí)間(應(yīng)力)產(chǎn)生的裂紋數(shù)量快速線性增長(zhǎng)階段最大,加速增長(zhǎng)階段次之,平靜階段最小。

表4 巴西劈裂試驗(yàn)各階段破裂數(shù)量統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of the number of cracks in each stage of Brazilian splitting test specimen

圖8 不同形式裂紋的數(shù)量隨時(shí)間的變化Fig.8 Variation of the number of different types of cracks with time

巴西劈裂試件裂紋空間演化特征如圖9所示。在加載初期(小于0.12 MPa),加載端部壓力較大,首先在該部位發(fā)生壓剪破壞,因此裂紋主要集中在加載端部。應(yīng)力從0.12 MPa增加到2MPa的過(guò)程中,出現(xiàn)大量的張拉裂紋,且張拉裂紋主要集中在試件中心,只有少量的張拉裂紋集中在試件兩端的加載部位,但此時(shí)在試件兩端的加載部位和中心均出現(xiàn)了少量的壓剪裂紋。應(yīng)力從2 MPa增加到4MPa時(shí),張拉裂紋仍然主要集中在試件中心,僅有少量的裂紋集中在加載端部,此時(shí),在試件中部也出現(xiàn)了少量的壓剪裂紋。應(yīng)力從4 MPa增加到4.5MPa的過(guò)程中,只有少量的壓剪裂紋產(chǎn)生,且產(chǎn)生的裂紋主要集中在試件端部。應(yīng)力從4.5 MPa到破壞的過(guò)程中,產(chǎn)生了大量的張拉裂紋,這些裂紋在試件的加載端部和中心都有大量集中,該過(guò)程中僅產(chǎn)生了少量的壓剪破裂。綜上,雖然加載初期在加載端部產(chǎn)生了少量的壓剪破裂,但整個(gè)破壞過(guò)程以張拉破裂為主導(dǎo),且張拉破裂逐漸由試件中心向端部擴(kuò)展。

圖9 破裂空間演化過(guò)程Fig.9 Spatial evolution process of cracks

3 結(jié) 論

通過(guò)巴西劈裂試驗(yàn)、直接拉伸試驗(yàn)以及三軸壓縮試驗(yàn)研究了北山花崗巖的基本力學(xué)性質(zhì),并基于聲發(fā)射特征開(kāi)展了巴西劈裂試件內(nèi)部的裂紋形式和破壞過(guò)程研究。主要結(jié)論如下:

(1)直接拉伸試件的強(qiáng)度約為巴西劈裂試驗(yàn)試件強(qiáng)度的1.23倍,巴西劈裂試件呈現(xiàn)明顯的脆性破壞特征,直接拉伸試件呈現(xiàn)一定的塑性破壞特征。

(2)巴西劈裂試驗(yàn)聲發(fā)射事件在應(yīng)力達(dá)到峰值應(yīng)力的70%之前增加比較劇烈,而直接拉伸試件的聲發(fā)射事件在峰值附近增加比較劇烈。

(3)三軸壓縮試驗(yàn)聲發(fā)射事件的頻率主要集中在0～80 kHz,直接拉伸試驗(yàn)和巴西劈裂試驗(yàn)的聲發(fā)射事件頻率主要集中在0～160 kHz。

(4)巴西劈裂試件張拉裂紋數(shù)量約為剪切裂紋數(shù)量的20.6倍,且張拉裂紋由試件中心向端部擴(kuò)展,并最終形成貫通的破裂面。