, 谷今, 魏梦琦 东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819
收稿日期：2021-12-20
作者简介：康玉梅(1973-)，女，辽宁灯塔人，东北大学副教授。
摘要：基于三峡库区砂泥岩互层岩体实测数据，制作软硬互层类岩石试样，在单轴压缩条件下，探究不同静态加载速率对不同厚度比、不同岩层组合方式岩样的力学及声发射特性的影响.研究结果表明：加载速率和硬软岩体积比是影响峰值强度的主要因素，而加载速率和硬软岩岩层厚度比是影响最终破坏特征的主要因素.一方面，随着加载速率的增大，软硬互层类岩石峰值强度先减小后增大；硬岩占比与岩样抗压强度呈正相关；另一方面，低加载速率下岩样最终破坏模式为材料充分破坏，较高加载速率下岩样最终形成1~2条贯穿软硬岩层的主破裂面；软岩体积占比越少，软岩受到的破坏程度越剧烈；此外，可以把AF值突增、b值骤降作为软硬互层岩体大面积破坏的预警信号.
关键词：软硬互层类岩石声发射特征力学特性破坏特征相似材料
Mechanical Properties and Acoustic Emission Characteristics of Soft-Hard Interbedded Rocks Under Different Loading Rates
KANG Yu-mei
, GU Jin, WEI Meng-qi School of Resources & Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China
Corresponding author: KANG Yu-mei, E-mail: kangyumei@mail.neu.edu.cn.
Abstract: Based on the measured data of sandstone mudstone interbedded rock mass in the Three Gorges Reservoir area, the soft-hard interbedded rock samples were made. Under uniaxial compression, the effects of different static loading rates on the mechanical and acoustic emission characteristics of rock samples with different thickness ratios and different rock formation combinations were explored. The results show that the loading rate and the volume ratio of hard and soft rock are the main factors affecting the peak strength, while the loading rate and the thickness ratio of hard and soft rock are the main factors affecting the final failure characteristics. On the one hand, with the increase of loading rate, the peak strength of the soft-hard interbedded rocks decreases first and then increases; The proportion of hard rock is positively correlated with the compressive strength of rock samples. On the other hand, the ultimate failure mode of rock samples at low loading rate is complete failure of materials, and at high loading rate, 1~2 main fracture surfaces penetrating soft and hard rock layers are finally formed. The less the volume proportion of soft rock, the more severe the damage to soft rock. In addition, the sudden increase of AF value and the sudden decrease of b value can be taken as early warning signals of large-scale damage of the soft-hard interbedded rock mass.
Key words: soft-hard interbedded rocksacoustic emission characteristicsmechanical propertiesfailure characteristicssimilar materials
软硬互层岩体广泛分布在我国西部四川盆地侏罗系红层地区、三峡库区、贵州西部等地区，这些地区的互层岩体主要由砂岩和泥岩堆积而成，岩层层厚由几十厘米到上百米不等，具有明显的软硬岩互层结构特征，是隧道开挖、边坡支护、煤矿开采等工程施工过程中经常会遇到的一种特殊岩体[1].不同程度的工程扰动、地质构造作用、外部荷载作用等，均会对岩体产生不同的加载速率.因此，开展不同加载速率条件下互层岩体力学特性的研究具有重要的工程意义.
软硬互层岩体构造中岩层之间的性质差异对围岩稳定性有较大影响.由于互层结构的存在，其力学性质比较复杂，通常表现为显著的各向异性[2-3]，破坏机制与均质岩体有很大的区别，主要受组成各个岩块的岩性以及层间面力的影响.Tien等[4-5]利用相似材料模拟复合层状岩石进行单轴和三轴压缩试验，探究了岩层倾角变化对层状岩体强度和变形模量的影响.李昂等[6]对锦屏地区的软硬互层岩体进行单轴压缩试验，探究了岩层倾角、软弱夹层数量和分布对其力学特性和破坏特征的影响.Cheng等[7]对软硬互层类岩样开展单轴压缩试验，同步进行声发射监测、DIC应变场监测，探究了岩层倾角对岩样峰值强度和变形特征的影响.黄锋等[8]在单轴和三轴压缩条件下，分析了岩层倾角为0°, 30°时不同厚度比岩样的力学特性和破坏形态.周辉等[9]基于三轴压缩试验，研究了围压对水平软硬互层岩体变形破坏特征的影响.
综上，现有研究大多针对软硬互层类岩石分别探讨层状倾角、硬软岩层厚度比以及不同围压对其力学性能的影响，而忽略了硬软岩体积比、交界面对岩体产生的影响.另外，涉及加载速率对软硬互层岩样力学特性及破坏特征影响的研究较少，不同的加载条件必定会对软硬互层岩体产生不同的损伤.基于此，本文通过自制不同厚度比、不同岩层组合方式的软硬互层类岩石，探究不同加载速率下岩样的力学及声发射特征，为含软硬互层岩体地区相关工程施工时的开挖位置、路径、施工方式以及进行围岩和边坡支护等提供参考.
1 试验概况1.1 相似材料配比方案鉴于三峡库区软硬互层岩体多为缓倾角，故本文主要针对水平状互层岩体开展研究.本次试验中类砂、泥岩的抗压强度和弹性模量参考了当地的实测数据，如表 1所示.在现有研究结果基础上[10-12]，最终选用一定量的P.O425普通硅酸盐水泥，粒径小于1.18 mm的干燥河砂和水来配置类砂岩.在此基础上另添加石膏粉制作类泥岩.另外，添加减水剂和早强剂，以提高类岩石的早期强度和密度.为了更好地模拟三峡库区软硬互层岩体的力学性质，最终配比的选取应满足如下要求：①硬岩峰后应力-应变曲线有明显的应力跌落现象；②软岩峰后应力-应变曲线有明显的软化阶段；③硬岩与软岩的抗压强度、弹性模量在三峡库区原岩实测数据范围内.
表 1(Table 1)
 表 1 三峡库区实测原型岩质材料各项力学参数[13]Table 1 Measured mechanical parameters of prototype rock materials in Three Gorges Reservoir area[13]
| 表 1 三峡库区实测原型岩质材料各项力学参数[13] Table 1 Measured mechanical parameters of prototype rock materials in Three Gorges Reservoir area[13] |
根据试验前期的多次配比结果，最终选取6种硬、软岩配比方案，相应的力学参数如表 2所示，应力-应变曲线如图 1所示.结合上述3个筛选条件，方案A1, B2可作为类砂、泥岩的最终配比.
表 2(Table 2)
表 2 相似材料配比方案及试验结果Table 2 Proportioning scheme and test results of similar materials
| 表 2 相似材料配比方案及试验结果 Table 2 Proportioning scheme and test results of similar materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
图 1(Fig. 1)
 | 图 1 类岩石应力-应变曲线Fig.1 Stress-strain curves of similar materials |
1.2 软硬互层类岩石的制作选取内径为300 mm×200 mm×120 mm的塑料模具，采用分层浇筑的方式制备软硬互层类岩块.按照预设软硬岩厚度，分别称取其所需材料的质量，并在模具内部用钢尺在四周量好刻度、做好标记，以便控制浇筑厚度.由前期预实验的结果可知，在下层凝结2.5 h后再浇筑上层，分层效果良好.根据预实验测定的间隔时间，依次按照预设的厚度浇筑软、硬岩.浇筑完成后，在模具上表面覆盖一层保护膜，以起到保水作用，更利于水泥的水化反应.试块自然养护24 h后脱模，并将其放入水中继续养护7 d.如图 2所示，利用内径50 mm的钻头对成型的试块进行钻芯取样，并对钻芯取得的试样端部进行磨平处理，加工成?50 mm×100 mm的标准试件，在自然环境下干燥并定期进行称质量，直至质量变化在5%以内方可进行试验.利用超声波仪器测试波速，将外观缺陷明显及波速差异较大的试块剔除，并保证每组试块多于三块.软硬互层岩样示意图如图 3所示.
图 2(Fig. 2)
 | 图 2 模具和取芯过程Fig.2 Die and coring process (a)—岩块模具；(b)—钻芯取样. |
图 3(Fig. 3)
 | 图 3 软硬互层类岩石示意图(单位：mm)Fig.3 Schematic of soft-hard interbedded rocks(unit: mm) (a)—YR12; (b)—RY21; (c)—YR11; (d)—RY11; (e)—YR21; (f)—RY12. 注：Y表示硬岩(黑)，R表示软岩(白)，YR12表示硬岩在端部且硬软岩厚度比为1∶2. |
1.3 试验装置及加载方式试验装置如图 4所示.单轴压缩系统采用YAW-2000型电液伺服试验机，声发射监测系统采用PAC公司生产的PCI-2型声发射采集系统.根据探头型号和试验环境条件，声发射仪器具体参数设置如下：门槛值为45 dB，前置放大器增益为40 dB，采样率为1 MHz，滤波范围为100~400 kHz.
图 4(Fig. 4)
 | 图 4 试验装置Fig.4 Test device |
将4个Nano30型号的探头用宽松紧带固定在距岩样上、下端25 mm处.试验采用位移控制的加载方式，对6种不同岩层组合方式的类岩石试样分别以0.001，0.005，0.01和0.05 mm/s 4种加载速率进行单轴压缩试验，同步进行声发射监测，直至岩样发生破坏.为了消除噪声影响，试验加载过程中始终保持室内安静.
2 试验结果与分析2.1 应力-应变曲线不同加载速率下各岩样应力-应变曲线如图 5所示.由图 5可知，每个岩样均经历了压密阶段、弹性阶段、损伤阶段和峰后阶段.①压密阶段：随着加载速率的增大，应力-应变曲线在压密段下凹曲率越大，是因为软岩内部孔隙较大、胶结程度较低，所以在高加载速率下，岩样内部原始孔隙、裂纹直接被压实.②弹性阶段：软岩占比与弹性阶段持续时间呈负相关，是因为软岩力学性质较差，承载力较低，易出现应力降现象，故而会削弱弹性阶段持续时间.③损伤阶段：在低加载速率下，软岩占比较大的岩样(YR12, RY21, RY11)应力-应变曲线均出现应力降现象，是因为软岩薄弱部位受应力集中作用首先开裂，又因软岩层承载能力较差，故而出现应力降现象；而在较高加载速率下，应力-应变曲线更为光滑，是由于在较高加载速率下类岩石内部裂隙孔洞来不及发育，较快地达到承载极限，因此，很少发生应力降现象.另外，由于软岩具有较好的塑性变形能力，所以软岩占比大的岩样，其应力-应变曲线在损伤阶段均出现一小段塑性阶段.④峰后阶段：随着加载速率的增加，峰后曲线斜率逐渐递增，说明岩样的塑性特征削弱，脆性特征逐渐显著.岩样的峰值强度随加载速率的增加呈先减小后增大的特征，但峰值应变和弹性模量规律性不强.
图 5(Fig. 5)
 | 图 5 不同加载速率下各岩样应力-应变曲线Fig.5 Stress-strain curves of rock samples under different loading rates (a)—YR12；(b)—RY21；(c)—YR11; (d)—RY11；(e)—YR21；(f)—RY12. |
2.2 强度特征不同加载速率下各个岩样峰值强度变化趋势如图 6所示，图中岩样括号内标注为硬岩所占体积分数.随着加载速率的增加，硬岩峰值强度呈现出逐渐增大的趋势.在低加载速率下，原始损伤以及微裂纹得以充分发育，因此峰值强度较低；而在较高加载速率下，岩样内部损伤在短时间内来不及发育，内部损伤程度较低，所以承载能力较高.随着加载速率的增加，软岩峰值强度呈现出逐渐减小的特征，是因为类泥岩密度相对较小，低加载速率下内部较大的孔隙及裂纹有充足的时间被压实，因此原始裂纹继续扩展则需更大的应力驱使；而在较高加载速率下，岩样内部孔洞裂隙在较短时间内迅速闭合，因而更易扩展而连接成多条贯穿型剪切破裂面，因此强度会有所降低.
图 6(Fig. 6)
 | 图 6 加载速率对峰值强度影响的关系曲线Fig.6 Relationship curves between loading rate and peak strength |
软硬互层类岩石受软岩和硬岩力学性质的共同影响，随着加载速率的增大均呈现先减小后增大的特征.低加载速率下，由于软岩力学性能较差，剪切裂纹发育更为全面，故软岩起主导作用，因此随着加载速率的增大单轴抗压强度逐渐减小；而在较高的加载速率下，由于岩样内部裂隙得不到充分发育，当硬岩层破裂后裂隙直接贯穿软岩，最终形成多个贯穿型主破裂面，因此抗压强度得到相应的提升.互层类岩石峰值强度均在软、硬岩强度之间，可见其抗压强度与硬软岩占比呈正相关.
岩样YR12, RY11和RY12, YR11的硬岩占比分别为40%和60%，但RY11(4层交界面)、YR11(4层交界面)的峰值强度均大于YR12(6层交界面)、RY12(6层交界面).由已测数据可知EY>ER，虽然本次试验并没有测量软硬岩的泊松比，但从最终破坏形态来看，软岩横向扩容非常明显，故可推断泊松比μR>μY.在轴向力作用下，层间面力会阻碍软岩发生横向变形，对软岩横向产生压应力，故而软岩处于三向受压应力状态.由于受力平衡，层间面力会对硬岩横向产生拉应力，故而硬岩处于三向拉-压应力状态.在互层岩石受力过程中硬岩承载作用大于软岩，因此层间作用力对硬岩的影响要大于对软岩的影响.因为横向拉应力更利于硬岩发生张拉破坏，所以随着岩层数量的增多会降低互层岩石的抗压强度.可见，对于软岩占比大、岩层数量多的互层岩体硐室而言，在静态应力调整时，应给予更多的动态监测及相应的支护.
2.3 破坏特征软硬互层岩样在4种加载速率下的最终破坏模式如图 7所示.根据文献[8]可知，软岩厚度的增加可提高类岩石的稳定性，并起到一定的缓冲作用.随着软岩占比的降低，互层类岩石延性逐渐降低，这一点从应力-应变曲线也可看出，并且软岩发生的剪切破坏程度更加剧烈.对于硬软岩岩层厚度比为1∶2的岩样(YR12，RY21)，硬岩层主要形成与加载方向平行的张拉裂纹，这是由于岩层层间面力致使硬岩处于三向拉-压应力状态所致，而软岩更易发育成与加载方向呈一定角度的剪切裂纹.对于硬软岩岩层厚度比为1∶1(YR11, RY11), 2∶1(YR21, RY12)的岩样，随着软岩占比的减小，软岩剪切裂纹从沿单边方向发育慢慢过渡到沿双边发育，形成V型剪切裂纹，并且V型裂纹数量逐渐增多，软岩破坏程度逐渐加剧，原因在于硬岩占比越大，其破坏所需应力越大，软岩所受应力也越大，故破坏程度越剧烈.因此，对于硬岩占比大的岩体，应更多对软岩层进行实时动态监测，并加强软岩层的支护.
图 7(Fig. 7)
 | 图 7 最终破坏形态Fig.7 Final failure mode (a)—YR12；(b)—RY21；(c)—YR11；(d)—RY11；(e)—YR21；(f)-RY12. 注：从左到右依次为加载速率0.001, 0.005, 0.01, 0.05 mm/s下的最终破坏形态图 |
从各个岩样最终破坏形态可以看出，岩样中部破坏程度明显大于端部，并且软岩层中部均出现剪切剥落现象.对于硬软岩厚度比相同而组合方式不同的岩样，从整体上看，其最终破坏模式类似，但位于端部的软岩层破坏程度明显大于位于端部的硬岩层.可见，同一加载速率下硬软岩岩层厚度比是影响最终破坏形态的主要因素之一.
在低加载速率下，最终破坏是由于软硬岩层裂纹协同发育导致的材料充分破坏，在较高加载速率下，岩样最终破坏时易发育形成1~2条贯穿软硬岩层的主破裂面和沿多个方向发育的次级破裂面，原因在于岩样薄弱部位破坏是在短时间内发生的，裂纹来不及向其他方向延伸，只能沿加载方向扩展，而次级破裂面仍然受软硬岩层协同作用的影响.可见，加载速率同样影响岩样最终破坏形态.
3 裂纹演化及声发射特征3.1 岩层厚度比对裂纹扩展模式的影响YR12, YR11, YR21岩样在加载速率为0.01 mm/s作用下的裂纹扩展模式如图 8所示.岩样YR12因软岩占比较大且力学性能较差，当荷载达到软岩起裂应力时，软岩首先在其岩层中部出现剪切裂纹，随着荷载的增加软岩剪切裂纹继续发育、连接，因其泊松比较大，软岩层产生横向扩容现象，在层间面力作用下，导致硬岩产生张拉裂纹，随着软岩裂隙逐渐发育至局部失稳致使多处硬岩开裂，最终试样发生以剪切破坏为主的剪张复合型破坏.试件YR11, YR21由于硬岩占比较大，在外力作用下硬岩承受更多的力，另外硬岩层脆性较大且在层间面力作用下，首先在交界面处产生张拉裂纹，裂纹扩展到软岩层时逐渐与软岩层中部剪切裂纹连接、汇聚，发育成与加载方向呈一定夹角的剪切裂纹.正如前文所述，由于软岩占比的减少，软岩起到的缓冲作用也在下降，故而产生V型剪切裂纹.随着应力的增大，软岩产生更多的V型剪切裂纹，并且横向扩容现象显著，软岩层中部多处出现因剪切力导致的表面剥落现象；在层间面力的作用下，硬岩层产生更多沿加载方向的张拉裂纹，而原有张拉裂纹宽度逐渐增大，最终发生以张拉破坏为主的张剪复合型破坏.从裂纹发育过程及最终破坏形态可以看出，其破坏程度大小为：软岩中部>软岩端部>硬岩边部>硬岩中部，互层类岩石的破坏过程是由各岩层协同变形所导致的.
图 8(Fig. 8)
 | 图 8 裂纹扩展过程Fig.8 Crack propagation process (a)—YR12；(b)—YR11；(c)—YR21. |
3.2 加载速率对声发射振铃计数的影响在发生连续撞击时，声波超过预设门槛值的次数称之为振铃计数，其变化规律可以很好地反映岩石内部损伤演化特征.由于不同组合岩样在不同加载速率下声发射特征类似，这里选取典型数据，以岩样YR12为例.岩样YR12在不同加载速率下的应力、振铃计数、累计振铃计数在时间序列上的变化特征如图 9所示.①当加载速率为0.001 mm/s时，在压密阶段产生较少的振铃计数，这是由于岩样内部原有裂隙被压密以及晶体之间发生摩擦所致.在弹性阶段振铃计数进入平静期，累计振铃计数呈缓倾角上升，岩样内部裂隙发育缓慢.在损伤阶段出现应力降现象，振铃计数首次出现突增，岩样内部出现多处裂隙，随后应力重新调整，当应力达到峰值强度时振铃计数达到最大值，累计振铃计数呈现阶梯式增长，此时岩样出现大面积破坏，峰后阶段振铃计数依然保持较高水平，说明内部裂隙继续发育直至岩样失稳破坏，具有明显的延性破坏特征.②当加载速率为0.005 mm/s时，振铃计数变化规律与加载速率为0.001 mm/s时类似，不同的是当应力出现首次突降时振铃计数达到峰值，岩样出现大面积破坏，说明随着加载速率的增大，岩样破坏程度更为剧烈，峰后阶段振铃计数依然保持较高水平，呈现延性破坏特征.③当加载速率为0.01 mm/s时，压密阶段和弹性阶段声发射信号处于平静期，接近峰值强度时振铃计数突增，累计振铃计数近乎呈垂直线增长，岩样出现大面积破坏，峰后阶段应力直线下降，振铃计数回归到低水平状态，破坏模式具有明显的脆性破坏特征.④当加载速率为0.05 mm/s时，4个加载阶段振铃计数普遍高于前3个加载速率对应阶段的信号值，说明较高的加载速率对岩样破坏程度更为剧烈.经过多组试验比对发现，随着加载速率的增大，峰值振铃计数普遍呈现增大趋势.
图 9(Fig. 9)
 | 图 9 应力-时间-振铃计数关系曲线Fig.9 Stress-time-ring count curves (a)—YR12-0.001 mm/s；(b)—YR12-0.005 mm/s；(c)—YR12-0.01 mm/s；(d)—YR12-0.05 mm/s. |
3.3 加载速率对RA, AF, b值与裂纹演化的影响声发射参数中RA值(上升时间/幅值)和AF值(振铃计数/持续时间)[14]可定性分析裂纹发育情况，高RA值、低AF值代表剪切裂纹的产生和发育，反之为张拉裂纹的发育[15].
依据地震学中求取b值的G-R准则[16]，声发射b值可按照式(1)求取：
 | (1) |
为了更好地让RA, AF, 应力, b值在同一坐标系下比对，对其进行归一化处理，此外通过分析声发射特征参数，选取了4处关键节点，关键点所处应力如表 3所示，并观测此时岩样裂纹发育情况，如图 10所示.由于AF值的活跃度随硬岩占比的增加而增加，因此这里选取硬岩占比较大的岩样YR11为例.①当加载速率为0.001 mm/s时，在压密阶段和弹性阶段，RA值水平较高，b值不断上升，说明软岩孔隙被压实的同时，随着应力的增大其内部已产生轻微剪切损伤，但岩样并未出现宏观破裂现象；在损伤阶段，当应力达到0.72 σc(峰值应力)时，AF值第一次突增，同时b值骤降，硬岩层在近交界面处出现两条沿加载方向发育的细小张拉裂纹；当应力达到0.88 σc时，AF值第二次突增，同时伴随着b值骤降到最小值，此时硬岩出现3条沿加载方向发育的张拉裂纹，随着张拉裂纹的发育、加宽，促使交界面的软岩开裂，此时软岩中部已出现了剪切破坏，在应力的驱使下软岩中部裂纹逐渐与交界面处的裂纹汇聚、连接；当应力达到0.92 σc时，b值第三次下降，RA和AF值均在较高水平，此时硬岩的张拉裂纹、软岩的剪切裂纹继续发育；当应力达到峰值d点时，AF, RA值突增，b值开始大范围下降，岩样此时已濒临破坏，软岩中部出现不同程度的剪切剥落现象，同时出现显著的横向扩容现象，导致硬岩张拉裂纹逐渐加宽.②当加载速率为0.005 mm/s时，在压密阶段和弹性阶段，RA值水平较大，但相比于加载速率为0.001 mm/s时有所下降，此阶段b值不断上升，说明软岩小破裂事件正在逐渐发育；在损伤阶段，当应力达到0.66 σc时，AF值第一次突增，同时b值下降，此时硬岩在交界面处首先出现一条张拉裂纹；在损伤阶段，当应力达到0.83 σc, 0.99 σc, σc时，b值出现了第二、三、四次下降现象，其裂纹演化规律与加载速率为0.001 mm/s时类似.③当加载速率为0.01 mm/s时，在压密阶段和弹性阶段，其AF值明显高于低加载速率下(0.001, 0.005 mm/s)的AF值，且当应力达到0.12 σc时，AF值突增、b值骤降，此时硬岩在交界面处出现一条微小的张拉裂纹，说明随着加载速率的增大，应力对硬岩的损伤破坏逐渐提前；在损伤阶段，当应力达到0.9 σc, 0.98 σc时，b值出现了第二、三次下降现象，但在应力达到近峰值0.98 σc时，AF值突增，硬岩出现大面积破坏；在峰后阶段RA值持续维持在一定的高水平，说明软岩进一步发生剪切破坏.④当加载速率为0.05 mm/s时，在压密阶段和弹性阶段，AF值均高于RA值，说明较高加载速率下，应力对硬岩层的损伤已高于软岩层，当应力达到0.11 σc时，硬岩在交界面处出现两条张拉裂纹，相比较低加载速率下起裂应力进一步提前；当应力达到0.4 σc时，b值第二次出现大范围下降，此时硬岩出现多处张拉裂纹；当应力达到0.83 σc时，AF值突增、b值骤降，此时硬岩张拉裂纹逐渐增多，而软岩破坏程度较低；当应力达到峰后d点时，b值下降到最低点，同时AF值维持在高水平，此时硬岩在快速应力驱使下张拉裂纹直接贯穿软岩，最终形成张拉破坏.综上，可以看出，大多数情况下b值下降时都伴随着AF值的突增，说明硬岩的张拉破坏对大破裂事件起主导作用.因此，从AF值、b值的变化趋势可以看出，AF值的突增、b值的骤降可作为软硬互层岩体大面积破坏的预警信号.
表 3(Table 3)
表 3 岩样YR11关键点所处应力Table 3 Stresses at key points of rock sample YR11
| 表 3 岩样YR11关键点所处应力 Table 3 Stresses at key points of rock sample YR11 | ||||||||||||||||||||||||||||||
图 10(Fig. 10)
 | 图 10 声发射特征与裂纹演化Fig.10 Acoustic emission characteristics and crack evolution (a)—0.001 mm/s；(b)—0.005 mm/s；(c)—0.01 mm/s；(d)—0.05 mm/s. |
4 结论1) 随着加载速率的增大，软硬互层类岩石峰值强度呈现先减小后增大的变化特征，且峰值强度在软、硬岩峰值强度之间；硬软岩体积比是影响峰值强度的主要因素，当硬岩占比相同，岩层组合方式不同时，层面数量较多的互层类岩石峰值强度低于层面数量较少的互层类岩石.因此，对于软岩占比大、岩层数量多的互层岩体硐室而言，在静态应力调整时，应给予更多的动态监测及相应的支护.
2) 相同厚度比、不同岩层组合方式的岩样最终破坏模式类似，硬软岩岩层厚度比是影响最终破坏形态的主要因素.随着软岩体积占比的减少，软岩受到的破坏程度越剧烈，从单边剪切裂纹逐渐演变成V型剪切裂纹；加载速率也是影响最终破坏形态的主要因素，低加载速率下，岩样最终破坏模式为软硬岩层裂纹协同发育导致的材料充分破坏，较高加载速率下，岩样最终形成1~2条贯穿软硬岩层的主破裂面和沿多个方向发育的次级破裂面.因此，对于硬岩占比大的岩层，应更多对软岩层进行实时动态监测并加强软岩层的支护.
3) 硬软岩岩层厚度比为1∶2的岩样，起裂于软岩层中部，软岩裂隙逐渐发育至局部失稳导致多处硬岩开裂，最终发生以剪切破坏为主的剪张复合型破坏；硬软岩岩层厚度比为1∶1，2∶1的岩样，硬岩在外部应力作用下首先在交界面处产生沿加载方向的张拉裂纹，裂纹延伸到软岩演变成V剪切裂纹，最终发生以张拉破坏为主的张剪复合型破坏.
4) 软硬互层类岩石在单轴压缩条件下，其受力变形与声发射信号变化特征有密切相关性.随着加载速率的增大，振铃计数峰值普遍增大；硬岩占比较高的岩样，随加载速率的增加，在压密阶段和弹性阶段的AF值逐渐增加，起裂应力逐渐提前；当应力达到接近峰值强度时，AF值突增、b值骤降，因此可以把此现象作为软硬互层岩体大面积破坏的预警信号.
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