Page 60 - 《应用声学》2020年第4期

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产生的微裂纹数量密切相关，在压密、弹性与屈服 保持在变化较小的相对稳定阶段，此阶段微裂纹萌
阶段，随着浓度增大，其累计振铃计数也越多，其中 生、扩展贯通，损伤程度急剧增加，因此产生大量高
72% 浓度试件的累计振铃计数最多，表明浓度越大 能的声发射信号，意味着破裂的开始。随着外载荷
的充填体受压破坏产生的微裂纹数量也越多。 的增加，进入缓慢升高阶段，峰值前均保持在该阶
段。这一特征可为充填体的破裂失稳判别提供一定
3.0 3.0
࢏ϙूए 的依据。
2.5 ࢏ϙግᝠ૝ᨣᝠ஝ 2.5 2.8 0.08
࢏ϙूए/MPa 1.5 1.5 ࢏ϙግᝠ૝ᨣᝠ஝/10 3 ൓ 2.1 ҫᣒజጳB3 ҫᣒజጳC3 0.06
2.0
2.0

1.0
1.0
0.5 0.5 ऄҧ/MPa 1.4 ҫᣒజጳA3 r↼A3↽ 0.04 r ϙ
0 0 0.7 r↼B3↽ 0.02
68 70 72
ไए/% r↼C3↽
0 0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
图 3 峰值强度、峰值累计振铃计数与浓度关系
௑ᫎ/s
Fig. 3 Relationship between peak intensity, peak
cumulative ringing count and concentration 图 5 充填体典型试件应力、r 值随时间变化曲线
Fig. 5 Stress and r value curve with time of typ-
1200 ical backfill samples
68% (A3)
1000 70% (B3)
4 声发射信号频率特征
72% (C3)
ግᝠ૝ᨣᝠ஝/൓ 600 4.1 主频为二维频谱图中最大幅值所对应的频
800
声发射信号主频特征

400
率 [18−19] 。利用 Matlab 进行快速傅里叶变换 (Fast
200
Fourier transformation, FFT) 得到声发射信号主
0 频。图 6 为尾砂胶结充填体典型试件 (A3、B3、C3)
ԍࠛ᫽඀ ुভ᫽඀ ࡑ఩᫽඀
破坏过程声发射信号主频和应力随时间变化规律。
图 4 不同浓度试件在各阶段的累计振铃计数
由图 6 可知，不同浓度充填体破坏过程声发射信
Fig. 4 Cumulative ringing count of different con-
号的主频分布在 40 ∼ 280 kHz 范围，且主要集中在
centration samples in each stage
100 ∼ 120 kHz频段。
3.2 r 值特征 初始压密阶段，试件声发射信号主频分布在
声发射累计撞击数与累计能量的比值，记作： 80 ∼ 100 kHz、100 ∼ 120 kHz 两个频段内，而 72%
∑ / ∑
r = N E，用来反映试件破坏过程中的能 浓度试件基本不出现 100 kHz以下的声发射信号主
量集中度及内部裂纹扩展情况 [16−17] ，r 值持续减 频；弹性阶段，70%浓度试件声发射信号主频分布范
小并保持较低的数值，表明声发射数量少且能量高， 围减小至 90 ∼ 120 kHz，而 68% 与 72% 浓度试件声
处于大破裂孕育阶段。 发射信号主频分布范围不变；屈服阶段，3 种浓度试
图 5 为充填体典型试件 r 值、应力与时间关系 件均开始出现 160 ∼ 180 kHz 频段的声发射信号主
曲线。分析可知，试件加载初期，r 值曲线均呈上升 频，即相对高频信号激增现象。表明各试件内部损
趋势，并达到一个较大值，这表明各试件加载初期内 伤以裂纹扩展、贯通成宏观主破裂带为主，预示主破
部颗粒之间摩擦、滑移，损伤程度较小，产生了大量 裂即将发生。在主频段数量特征方面，68% 浓度试
低能摩擦型的声发射信号；随着加载继续，r 值快速 件在屈服阶段的声发射信号主频呈 2 个频段分布，
下降到一个较低值；进入屈服阶段，r 值持续减小并 70%与72%浓度试件呈3个以上频段分布。从声发