含单一裂纹的花岗岩和石膏的微观和宏观开裂行为( Micro- and macrocracking behaviors in granite and molded gypsum containing a single flaw )

G Zhang M Wang X Li S Yue S Han

先验缺陷对岩石断裂行为的影响对于岩石工程的稳定性分析具有重要意义。为了研究已有缺陷对岩石微观和宏观开裂行为的影响，对含有单一缺陷的石膏和花岗岩样品进行了照相监测、应变场分析、被动声发射(AE)和主动超声检测。在声光力学耦合分析的基础上，建议用声发射监测来识别微裂纹和宏观裂纹的萌生，而不是用应力-应变行为、照相观察和纵波测量来识别微裂纹和宏观裂纹的萌生。微裂纹和宏观裂纹起裂应力一般随裂纹角的增大而增大。微裂纹萌生应力在0.22σC～0.62σC（峰值强度）范围内与AE事件的发生相吻合，而大裂纹萌生应力在0.60σC～0.85σC范围内与AE能量的急剧增加相吻合。裂纹类型分为九大类。在达到σc之前，有缺陷的花岗岩发生了宏观裂隙聚并，在达到σc后几秒钟岩石就发生了剧烈的破坏，这与石膏试样的破坏过程不同。含缺陷花岗岩的开裂过程经历了三个典型的阶段，并与缺陷角度密切相关。伴随着声发射能量率显著增加的应力下降出现了几次。随着缺陷角的增大，应力降计数和累积声发射能量减小，而声发射能量率和平均命中能量的最大值逐渐增大。能量和应力的释放降低了岩石的剧烈破坏程度。与峰值破坏前的声发射事件相比，声发射能量随开裂程度的变化更剧烈。宏观裂纹萌生后P波衰减急剧增加。速度的急剧降低总是伴随着声发射率的显著增加。与AE特征表征的岩石整体开裂损伤相比，P波速度识别的裂缝具有局部性。

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