Page 59 - 《应用声学》2020年第4期

第 39 卷 第 4 期 赵奎等： 不同浓度的尾砂胶结充填体破坏过程声发射特性试验研究 545

1.2 试验系统及设置 渐减小，但仍具有一定的承载能力。
试验力学系统为中国科学院武汉岩土力学研 3 种不同浓度的充填体试件力学参数见表 1。
究所研制的 RMT-150C 岩石力学加载系统，采用位 A、B、C 三组试件平均峰值强度分别为 1.654 MPa、
移加载模式，加载速率为 0.002 mm/s。声发射系统 1.890 MPa、2.680 MPa， 平均 弹 性 模 量 分 别 为
采用美国物理声学公司 (PAC) 研制的 PCI-II 型声 0.152 GPa、0.180 GPa、0.274 GPa。说明质量浓
发射仪，声发射传感器为 UT-1000 型，前置放大器 度越大，充填体胶结性越好，微孔隙和微裂纹数量越
增益为 40 dB，门槛值为 40 dB，采样率为 1 MSPS， 少，峰值强度越大，弹性模量也越大。各试件峰值应
采样长度为1000。 变在 0.014 ∼ 0.020 之间。浓度越大，峰值应变整体
呈减小趋势。
2 力学特性
3.0
C C3
单轴压缩下不同浓度充填体典型的应力 -应变 2.5
B B3
曲线见图 2。以试件 C3 为例，充填体受压破坏过程 2.0 D
可分为 4 个阶段：OA 段为压密阶段，充填体处于加 ऄҧ/MPa 1.5
载初期，曲线呈下凹状，此时充填体内部微孔隙和 A3
1.0
微裂纹逐步被压实；AB 段为弹性阶段，此阶段应 A 68% (A3)
70% (B3)
0.5 72% (C3)
力 -应变曲线近似线性增长，随着充填体浓度的增
0.0
加，弹性阶段表现更为明显；BC 段为屈服阶段，曲 0 0.01 0.02 0.03 0.04
ᣉՔऄԫ
线段呈上凸状，曲线斜率随应力增加逐渐减小为零，
此阶段充填体发生塑性变形，并且充填体的浓度越 图 2 不同浓度充填体典型的应力 -应变曲线
大，屈服应力也越大；CD 段为峰后破坏阶段，该曲 Fig. 2 Typical stress-strain curve of backfill with
线段斜率变为负值并持续减小，充填体承载能力逐 different concentrations

表 1 不同浓度充填体力学参数试验结果
Table 1 Test results of mechanical parameters of backfill with different concentrations

A 组 -68% 浓度 B 组 -70% 浓度 C 组 -72% 浓度
试件编号
峰值强度/MPa 峰值应变 弹性模量/GPa 峰值强度/MPa 峰值应变 弹性模量/GPa 峰值强度/MPa 峰值应变 弹性模量/GPa
1 1.627 0.017 0.154 1.799 0.015 0.177 2.782 0.014 0.286
2 1.598 0.018 0.151 1.866 0.015 0.209 2.617 0.020 0.231

3 1.692 0.019 0.151 2.006 0.017 0.155 2.641 0.016 0.306
平均值 1.654 0.018 0.152 1.890 0.016 0.180 2.680 0.017 0.274

布更均匀，结构更加致密，其峰值强度也越大；同时
3 声发射基本参数特征
充填料浆离析减少，使试件内部颗粒组成数量相对
3.1 声发射振铃计数 更多，其颗粒胶结链接总数也越多，导致其破坏产生
声发射振铃计数反映信号强度与频度，用于破 的微裂纹数量也越多，声发射峰值累计振铃计数也
裂源的活动性评价 [15] 。以 A3、B3 与 C3 为例，得到 越多。
试件峰值强度及峰值累计振铃计数随浓度关系，具 分析不同浓度试件在各阶段的声发射累计振
体见图 3。由图 3 可知，随着浓度的增加，充填体峰 铃计数变化关系，具体见图4。不同浓度充填体在压
值强度及声发射累计振铃计数都呈增大趋势，说明 密、弹性与屈服阶段的声发射累计振铃计数的变化
质量浓度越大，骨料沉降速度降低，使其内部颗粒分 趋势基本一致。由于声发射振铃计数与加载过程中