不同含水状态下裂隙砂岩的声发射及裂纹扩展试验研究

朱子辉，郭佳奇，孙飞跃，张恒源

（1.河南理工大学土木工程学院, 河南 焦作 454000；2.河南理工大学应急管理学院, 河南 焦作 454000）

裂隙岩体是地下工程建设过程中不可避免的复杂非均质性介质，在水利、交通隧道、矿山巷道施工过程中十分常见，受人为或自然因素造成的应力扰动影响，岩体内部原生裂隙萌生扩展并相互贯通，从而降低岩体结构的整体稳定性[1]。水的渗入加剧了裂隙岩体的劣化，在水和裂隙的共同作用下，工程岩体的稳定性进一步降低，对地下工程安全建设造成严重威胁[2-4]。因此，开展裂隙岩体在不同含水状态下的裂纹演化规律及破坏特征研究，对于地下工程稳定性评估与防灾减灾具有重要的工程意义。

近年来，学者们针对上述问题从不同角度开展了一系列水对岩石力学特性及破坏特征影响的研究。Zhao 等[5]研究了不同含水率下红砂岩的微裂纹演化过程及破坏模式，发现岩样在饱水状态下形成了明显的宏观剪切破裂面，而在自然状态下表现出剪切与劈裂共存的破坏模式。姚强岭等[6]的研究表明，含水率的增加可使岩样的抗剪强度、黏聚力及内摩擦角减小，且破坏后主裂隙的平整度降低。滕腾等[7]从能量演化角度分析了干燥与饱水状态对岩石拉压破坏过程的影响，发现干燥岩样破坏时的输入能和耗散能均大于饱水岩样。冯国瑞等[8]结合分形理论与声发射（acoustic emission，AE）特征，研究了水对煤样力学特性与破坏特征的影响，发现水会削弱煤样脆性，且破坏形态逐渐转化为张拉破坏。上述研究均是在完整岩样的基础上进行的，然而在工程岩体内部往往存在大量裂隙，原始裂隙的存在对岩石破坏机制及裂纹演化的影响与完整岩石存在明显差异[9]，部分学者也结合声发射等多种分析方法对水作用下的裂隙岩石开展了相关研究。Li 等[10]从声发射的时域和频域、声发射源以及时变多重分形特征方面，对干燥和饱水状态裂隙砂岩开展了声发射多参数分析。Qian 等[11]研究了水与裂隙倾角对煤样力学特性和开裂行为的影响，发现水对煤样裂纹类型的影响不明显，但会加剧裂纹扩展程度，随着裂隙倾角的增大，裂纹类型更加简单。康向涛等[12]研究了含水裂隙煤样的能耗变化规律，结果表明，煤样的总能量、弹性能和耗散能随含水率的增加而减小。关于裂隙岩石的裂纹萌生、扩展及贯通过程，一般的摄像设备需要通过肉眼定性地识别裂纹的宏观扩展过程。随着计算机技术的不断发展，人们逐渐将数字图像相关（digital image correlation, DIC）方法应用于裂隙岩石力学试验，能够呈现岩石变形破坏过程中的变形场演化，定量反映裂纹发育程度，有效监测岩样在荷载作用下的裂纹起裂位置及断裂过程[13-15]。以上研究大多采用DIC 或声发射等分析方法，从裂隙岩石表面或内部单方面开展，将二者结合从宏观到细观多层次分析裂隙岩石在不同含水状态下的裂纹萌生、扩展与贯通过程等研究较少。

本研究采用工程实践中较为常见的砂岩制备陡倾裂隙岩样，分别对其进行干燥、自然与饱水状态处理，结合声发射与DIC 技术开展不同含水状态下陡倾裂隙砂岩的单轴压缩试验，分析不同含水状态下裂隙砂岩的力学特性、应变场演化及声发射特征，再现岩石裂纹萌生、扩展与贯通全过程，探讨单轴加载过程中不同含水状态下声发射信号的演化差异以及水对裂纹扩展特征的影响，以期为水作用下裂隙岩体的稳定性评估与监测以及裂纹扩展规律等研究提供相关依据，解决地下工程施工中受水影响存在的风险问题。

1 试验方案

1.1 试样制备

试验所采用的砂岩取自四川省内江市资中县，自然状态下呈灰白色，平均密度为2.398 g/cm3。为满足单轴压缩试验的要求并减少试验结果的离散性，依据国际岩石力学学会标准，将采集到的岩芯统一加工成直径为50 mm、长径比为2 的标准圆柱体试样[16]。于试样几何中心钻孔，采用金刚砂线切割法制备贯通型裂隙，设计裂隙长度a=20 mm，裂隙宽度t=1 mm。根据工程实况，发现陡倾结构面在施工过程中均有揭露，易诱发风险灾害，因此设计预制裂隙倾角β=60°，代表陡倾结构面。不同含水状态下裂隙砂岩加工成品及裂隙布置如图1 所示，其中D、S、N 分别代表干燥、自然与饱水状态，60 为裂隙倾角数值。

将加工后的裂隙砂岩分别进行干燥、自然以及饱水状态处理，处理方法如下。(1) 干燥状态：将加工后的裂隙岩样置于干燥箱内，将箱内温度设置为105 ℃，加热24 h，待岩样冷却至室温后取出，并用保鲜膜紧密包裹，防止空气中的水分进入岩样，待质量恒定后称重。(2) 自然状态：将试样静置于自然环境中24 h 即可得到。(3) 饱水状态：采用强制饱和方法对加工后的岩样进行饱水状态处理，将裂隙岩样置入真空饱和仪中，加压至100 kPa，并静置2 h，随后向仪器中注水以浸没岩样，继续加压至100 kPa并静置24 h，取出岩样并擦拭其表面水分即可得到饱水岩样。分别记录3 种含水状态下裂隙岩样的质量及尺寸，计算出不同含水状态下裂隙砂岩的含水率，结果如表1 所示，其中w为含水率。

表1 试样信息Table 1 Information of the specimens

1.2 试验设备与方法

试验设备主要包括岩石力学加载系统、声发射监测系统及DIC 系统。采用RMT-150B 岩石力学试验系统开展不同含水状态下陡倾裂隙砂岩的单轴压缩试验，该试验系统的最大轴向荷载为1 MN，通过位移控制加载，加载速率设置为0.002 mm/s，沿岩样轴向加载直至裂隙岩样发生破坏，可以得到不同含水状态下裂隙岩样的力学相关信息。采用DS5-8B 型全信息声发射分析仪实时监测加载条件下裂隙岩样内部因损伤产生的声发射信号，将声发射传感器对称布置在裂隙砂岩几何中心两侧，设置采样频率为5 MHz，声发射信号采集阈值设置为40 dB。使用CCD 相机对裂隙岩样表面裂纹扩展过程进行实时记录，在试样附近放置光源以保证图像的采集质量，结合数字图像相关软件Ncorr 对采集图像进行后处理[17]，计算得到裂隙岩样加载过程中的变形场信息，为后续岩样的裂纹扩展分析提供依据。为确保试验过程中力学加载信息、图像信息及声发射信息采集同步，加载前调试设备，设置力学加载系统、声发射监测系统与DIC 系统同时开启。试验完成后，分别对上述数据进行后处理。试验设备如图2 所示。

2 力学特性分析

2.1 应力-应变特性

图3(a)为不同含水状态下裂隙砂岩的单轴压缩应力-应变曲线。由图3(a)可知，各含水状态下裂隙砂岩的应力-应变曲线变化规律近似。以自然岩样为例，加载初期，砂岩内部裂隙及微裂纹逐渐被压实，应力-应变曲线表现出明显的下凹非线性增长趋势，且下凹现象随含水率的增加越来越明显，这是因为水的存在导致试样内部预制裂隙发生剪切滑移，进而造成轴向应变快速增大；随着荷载增加，曲线逐渐呈现出良好的线性关系，随着含水率增加，曲线斜率逐渐减小，表明水作用下岩样的抗变形能力逐渐减小；随着加载进行，岩样进入屈服变形阶段，不同含水状态下的应力-应变曲线均呈现上凹趋势，应力持续增加直至试样发生失稳破坏，峰后阶段含水率的增加使得曲线跌落更加迅速，含水状态对裂隙岩石的应力-应变行为具有明显影响。进一步分析不同含水状态对裂隙砂岩宏观力学参数的影响，对3 种含水状态下裂隙砂岩的单轴抗压强度、弹性模量以及峰值应变进行对比分析，如图3(b)所示。由图3(b)可知，随着含水率的增加，裂隙砂岩的抗压强度、弹性模量及峰值应变均呈现近线性减小的变化趋势，自然与饱水状态下的砂岩与干燥状态下的砂岩相比，抗压强度分别降低了16%和36%，弹性模量分别降低了9.8%和23.9%，峰值应变分别降低了5.1%和11.5%。这表明饱水作用削弱了裂隙砂岩的强度与变形等力学性能，水的存在对裂隙砂岩的强度与刚度具有明显的劣化影响。

2.2 破坏模式

进一步分析不同含水状态下陡倾裂隙砂岩的宏观破坏形态，采用CCD 高清摄像机捕捉裂隙砂岩在单轴压缩条件下的裂纹扩展形式，观察发现3 种不同含水状态下裂隙砂岩的宏观裂纹扩展过程近似，均从岩样预制裂隙尖端处的应力集中区域开始萌生起裂，之后沿试样上下端面延伸扩展，直至试样发生失稳破坏。依据 Wong 等[18]、Yang 等[19]对裂纹类型的分类，对岩样加载破坏后的裂纹扩展类型进行识别，本研究将岩样的裂纹扩展模式分为3 类：张拉裂纹、剪切裂纹及拉剪混合裂纹。图4 为不同含水状态下裂隙砂岩的宏观破坏模式与裂纹素描形态，其中T 与S 分别代表张拉裂纹与剪切裂纹。观察图4 可知，不同含水状态下裂隙砂岩均表现出近似H 形张拉-剪切混合破坏，且随着含水率的增加，沿加载方向逐渐出现典型的张拉裂纹，次生裂纹也随之逐渐增加，以张拉裂纹的形式在新生裂纹的基础上进一步扩展。含水率的增加使得裂隙砂岩变形破坏时的裂纹类型更为复杂，干燥与自然岩样破坏后呈现出明显的表面岩块剥落现象，而饱水岩样的破坏程度相对较轻微，这是因为水的存在削弱了岩石内部的黏聚力，减缓了岩石受压破坏时内部能量的释放。

图4 不同含水状态下裂隙砂岩的宏观破坏模式Fig.4 Macroscopic failure modes of fissured sandstone with different moisture states

3 声发射特性及裂纹演化分析

3.1 基于声发射能量的裂隙砂岩裂纹扩展规律

岩石变形破坏过程实质上是能量吸收和释放的转化过程，而裂纹扩展过程中产生的声发射波形与所释放的能量密切相关，一定程度上能够定性识别岩石内部损伤。声发射能量是衡量宏微观裂纹声发射强度的重要参数之一，通常指信号检波线下包围的面积，能够反映声发射源的强度，声发射信号强度越大，信号包含的能量信息越多，裂纹扩展越剧烈。因此，从声发射能量的角度分析裂隙砂岩变形破坏过程中的损伤演化更具代表性[20]。

为系统对比分析不同含水状态对裂隙砂岩裂纹扩展特征的影响规律，采用Ncorr 数字图像相关软件获取岩样加载过程中的应变场，该软件的计算结果稳定可靠，已广泛应用于岩石力学相关试验研究[21-22]。基于声发射能量及累计能量演化特征，根据声发射法，将裂纹扩展过程划分为5 个阶段[23]，结合各关键应力点对应的宏观裂纹扩展过程，计算出干燥、自然和饱水状态下岩样的横向应变（εxx）云图。图5 给出了不同含水状态下裂隙砂岩的应力、声发射能量、累计能量随时间的变化曲线以及宏观裂纹演化过程及应变场云图，其中应力-时间曲线中的A～E分别代表加载过程中各阶段对应的特征应力点，与右侧宏观裂纹扩展图像及应变场云图一一对应。

图5 不同含水状态下裂隙砂岩的声发射能量与累计能量随时间变化曲线以及裂纹扩展过程Fig.5 Curve of acoustic emission energy and cumulative energy with time and crack propagation process of fissured sandstone with different mositure states

观察图5 可知，不同含水状态下裂隙砂岩的声发射累计能量曲线总体呈下凹阶梯形变化趋势：低应力水平时，曲线斜率较小，随着轴向应力的增大，曲线的增长速率逐渐增大，随着加载进行，曲线总体呈平稳-缓增-突增的变化趋势。依据声发射演化规律，可将曲线大致分为5 个阶段：裂纹压密闭合阶段Ⅰ、线弹性阶段Ⅱ、裂纹稳定扩展阶段Ⅲ、裂纹非稳定扩展阶段Ⅳ以及峰后破坏阶段Ⅴ，以下将详细分析各阶段的声发射演化和裂纹扩展特征。

阶段Ⅰ：随着荷载增加，岩样内部的预制裂隙和微裂纹逐渐压密闭合，相较于完整岩样，其裂纹压密闭合持续的时间较长，在加载过程中仅监测到少量声发射信号，累计能量曲线几乎无明显变化，当预制裂隙和微裂纹完全闭合时，声发射能量逐渐减小。由于预制裂隙的存在，声发射活动主要是由加载过程中预制裂隙内部闭合摩擦产生的，含水率的增加对压密阶段声发射活动的影响较小。当应力水平达到A点时，干燥岩样的应变场分布较均匀，几乎无明显应变集中现象，随着含水率的增加，自然与饱水岩样在预制裂隙附近均出现较明显的应变集中现象，说明在低应力水平下，含水状态的变化对裂隙砂岩的应变场分布具有一定的影响。

阶段Ⅱ：随着荷载的增加，岩样发生弹性变形并产生少量声发射信号，声发射能量计数均匀分布，累计能量曲线无明显变化，此时由于岩样内部裂纹完全压密闭合，水的渗入对岩石内部损伤具有一定的影响，随着含水率的增加，声发射能量逐渐减小。当应力水平达到B点时，新生裂纹开始萌生，干燥岩样在预制裂隙尖端处出现明显的应变集中现象，随着含水率的增加，应变集中现象逐渐向预制裂隙中心转移，饱水状态下，岩样的整个预制裂隙均出现明显的应变集中现象，这可能是由于饱水作用使岩石内部已闭合的裂隙或部分微裂纹发生剪切滑移造成的。

阶段Ⅲ：当轴向荷载达到起裂应力时，裂纹开始萌生并稳定扩展，相较于前两个阶段，此时的声发射能量计数分布集中且明显增加，累计能量曲线斜率增大，曲线呈稳定上升趋势。随着含水率的增加，声发射能量计数和累计能量曲线斜率明显减小，饱水状态下的累计声发射能量曲线仍无明显变化，含水率的增加对裂纹稳定扩展阶段的内部损伤具有明显弱化作用。当应力达到C点时，观察不同含水状态下岩样的宏观裂纹扩展过程，发现干燥和自然岩样仍无明显宏观裂纹出现，结合应变云图可知，在预制裂隙尖端出现了明显的应变局部化，能够大致预测宏观裂纹扩展方向。饱水岩样的预制裂隙左侧尖端萌生出明显的翼裂纹与反翼裂纹，右侧裂隙尖端裂纹开始萌生，与应变云图中的应变局部化相对应。

阶段Ⅳ：岩样内部微裂纹快速发育，裂纹之间相互交叉贯通，形成明显的宏观裂纹，并产生大量声发射信号。声发射能量计数迅速增加且分布更为密集，累计能量曲线斜率明显增大，当荷载达到峰值应力时，声发射能量计数与累计能量曲线斜率均达到该阶段的最大值，含水状态对第Ⅳ阶段声发射活动的影响更明显。当应力水平达到D点时，干燥岩样的预制裂隙左侧尖端出现明显的宏观剪切裂纹，自然岩样预制裂隙两端出现明显的反翼裂纹，而饱水岩样的裂纹在C点的基础上继续扩展；3 种含水状态岩样的应变局部化带面积大幅增加，整个应变场均近似呈现出H 形变化特征，高应变水平主要集中在裂纹扩展贯通区域。

阶段Ⅴ：峰值应力前后累计能量曲线呈现出明显的阶梯型变化趋势，该阶段声发射活动相对于阶段Ⅳ较为平缓，声发射能量计数逐渐减小，累计能量曲线继续上升，曲线斜率略有削减，当应力-时间曲线快速回落时，岩样发生脆性破坏，声发射能量计数达到最大值，累计能量曲线近似呈90°上升。当应力水平达到E点时，观察应变场演化可知，干燥和自然岩样在应变云图中出现明显的局部应变集中现象，其原因是加载作用下岩样表层剥落或破裂面位移较大。各含水状态岩样的部分区域的应变集中程度逐渐减弱，可能是张拉裂纹停止扩展并被逐渐压密所造成的[14]。

综上分析，随着含水率的增加，裂隙砂岩的声发射能量计数逐渐减弱，累计能量曲线呈现出明显的阶段性特征，且不同含水状态下的分布特征差异明显，饱水状态时声发射能量曲线几乎只有平稳和突增两个阶段。结合应变云图分析可知，干燥、自然和饱水状态下裂隙砂岩的裂纹扩展过程近似，相较于干燥和自然岩样，饱水岩样的裂纹出现得更早，而在加载后期，随含水率增加，裂纹扩展逐渐减缓，这是因为水的软化作用削弱了裂隙砂岩内部的黏聚力，裂隙内部摩擦系数减小，加快了微裂纹的萌生速率，使不稳定微裂纹提前起裂，减缓了加载后期裂纹扩展速率，减轻了裂隙砂岩的破坏程度[24]。随着含水率增加，岩样的张拉裂纹面积逐渐增大，在峰后破坏阶段，张拉裂纹对应的应变集中程度逐渐减弱。相较于肉眼观察到的裂纹扩展过程，DIC 技术可为裂隙砂岩在加载过程中的裂纹扩展演化分析提供有效手段，声发射特征与应变场分析结果能够相互补充，两种分析方法的结合有助于从宏细观角度揭示不同含水状态下裂隙砂岩在加载过程中的裂纹演化规律。

3.2 基于声发射参数的微裂纹类型分析

加载过程中，岩石内部不同微裂纹形成时，会产生不同特征的声发射信号。以往学者已基于声发射参数RA-AF提出了一种可以确定微裂纹类型的分类方法，并广泛应用于岩石力学研究[25-27]，其中：RA为上升时间TR与幅度A的比值，单位为ms/V；AF为声发射振铃计数C与持续时间TD的比值，单位为kHz。各声发射参数表征如图6(a)所示。依据RA与AF的相对大小，可以对岩石内部的微裂纹类型进行分类，如图6(b)所示：高RA值、低AF值代表岩石产生剪切裂纹，低RA值、高AF值则代表岩石产生张拉裂纹，RA和AF分布在边界线附近则表示岩石内部张拉与剪切裂纹共存。

图6 声发射参数表征及拉剪裂纹分类方法Fig.6 Acoustic emission parameters characterization and tensile-shear crack classification method

依据声发射参数RA-AF的计算方法，分别对单轴加载过程中不同含水状态下裂隙砂岩的声发射数据进行处理，计算出RA-AF值。考虑散点较多且分布集中，通过MATLAB 软件处理RA-AF数据并绘制出相应的散点密度分布云图，如图7 所示，右侧图例颜色的深浅代表散点分布密度大小，黄色代表散点分布较密集，蓝色则代表较稀疏。不同含水状态下RA-AF在拉剪裂纹区域均有分布：裂隙砂岩的AF主要分布在0～1 500 kHz 之间，RA主要分布在0～0.5 ms/V 之间；在剪切裂纹区域，RA-AF信号的分布范围更大，在原点附近，散点颜色以黄色为主，散点密度分布最密集；而距离原点越远，散点颜色越浅，密度分布越稀疏，基本以蓝色为主。观察不同含水状态下裂隙砂岩的散点密度分布，由于干燥岩样内部的黏聚力较大，在加载过程中岩石内部因损伤产生了大量声发射信号，因此其RA-AF分布范围较广且数量较多。随着含水率增加，RA-AF值分布范围及数量逐渐减小，但张拉裂纹区域的分布及密度逐渐增大，表明含水率增加促进了张拉裂纹的发育，张拉裂纹对裂隙岩样的破坏模式发挥着重要作用。

图7 不同含水状态下裂隙砂岩的RA-AF 散点密度分布Fig.7 RA-AF scatter density distribution of fissured sandstone with different moisture states

为进一步反映裂隙砂岩在加载过程中内部张拉与剪切裂纹的演化规律，以加载时间为横轴，依据RA-AF值的相对大小确定不同含水状态下裂隙砂岩的微裂纹类型，将每个RA-AF值作为单一裂纹类型，统计拉剪裂纹数量并累计相加，得到不同含水状态下裂隙砂岩加载过程中的裂纹演化曲线，如图8所示。在单轴加载过程中，不同含水状态下裂隙砂岩的拉剪裂纹增长速率均呈先缓慢增加后迅速上升的变化趋势，且在应力达到峰值后裂纹发育更加明显。对于干燥岩样：加载过程中拉剪裂纹几乎同时出现，其变化趋势相似；在第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段有一个相对较长的平稳期，有少量裂纹形成；从第Ⅲ阶段开始，拉剪裂纹同时大幅增加，剪切裂纹数略大于张拉裂纹数；在第Ⅳ阶段，随加载进行，拉剪裂纹的增长速率增大，张拉裂纹相较于剪切裂纹发育得较为缓慢。对于自然岩样：加载过程中，拉剪裂纹在第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段同样无明显变化趋势，在第Ⅲ阶段拉剪裂纹开始缓慢增长，在第Ⅳ阶段和第Ⅴ阶段拉剪裂纹大量出现，张拉裂纹增长速率远大于剪切裂纹增长速率，岩样最终破坏时张拉裂纹数明显大于剪切裂纹数，约为剪切裂纹数的2.5 倍。对于饱水岩样：与干燥和自然状态相比，其裂纹数量明显减小；加载初期，张拉裂纹数快速增加，剪切裂纹数较小；在第Ⅱ阶段，拉剪裂纹几乎无明显变化；在第Ⅲ阶段，张拉裂纹开始缓慢增加，而剪切裂纹变化仍不明显；在第Ⅳ阶段和第Ⅴ阶段，张拉裂纹数和剪切裂纹数呈阶梯状突增，直至加载结束，此时张拉裂纹数约为剪切裂纹数的3 倍。

图8 不同含水状态下裂隙砂岩拉剪裂纹演化规律Fig.8 Evolution law of tensile-shear cracks in fissured sandstone with different moisture states

综上分析，干燥岩样加载过程中拉剪裂纹数主要在第Ⅲ～Ⅴ阶段内快速增加；随着含水率增加，拉剪裂纹在第Ⅲ阶段的增长速率逐渐减缓，裂纹发育逐渐向加载后期第Ⅳ阶段和第Ⅴ阶段转移，并且裂纹集中分布；饱水岩样在加载初期的拉剪裂纹数量有明显增加。这表明含水率的增加促进了拉剪裂纹萌生起裂，并抑制了拉剪裂纹的发育，拉剪裂纹的演化趋势与3.1 节中基于DIC 分析的裂纹扩展特征近似。含水率的增加同样影响裂隙砂岩的拉剪裂纹占比，随着含水率的增加，张拉裂纹占比明显增大，含水率的增加促进了裂隙砂岩内部张拉裂纹的发育，进而抑制了剪切裂纹的发育。声发射参数RA-AF能够反映裂隙砂岩加载过程中拉剪裂纹的演化特征，其分析结果与宏观破坏模式也基本一致。

4 结 论

(1) 水的存在对裂隙砂岩的力学特性具有明显的劣化作用。随着含水率的增加，裂隙砂岩的抗压强度、弹性模量及峰值应变均呈近线性递减的变化趋势；不同含水状态下裂隙砂岩的宏观破坏模式均表现为H 形张拉-剪切混合破坏，且随含水率增加，裂纹类型更复杂，张拉裂纹增多，次生裂纹也主要以张拉裂纹的形式扩展。

(2) 随着含水率的增加，裂隙砂岩的声发射能量计数逐渐减弱，声发射累计能量总体呈下凹阶梯形变化趋势，且表现出明显的阶段型特征。干燥状态下声发射能量曲线表现为平稳-缓增-突增3 个阶段，随含水率增加，其分布特征差异明显，饱水状态下声发射能量曲线几乎仅有平稳和突增2 个阶段，含水率的增加削弱了裂隙砂岩的声发射活动。

(3) DIC 技术能够为不同含水状态下裂隙砂岩变形破坏过程中的微裂纹演化分析提供有效手段，声发射特征与DIC 分析相辅相成，两种分析方法的结合有助于从宏细观角度多层次表征裂隙砂岩的裂纹演化特征，依据应变局部化带可有效预测裂纹萌生及扩展方向，含水率的增加加快了裂纹萌生速率，减缓了加载后期裂纹扩展速率。

(4) 声发射参数RA-AF能够从细观角度反映裂隙砂岩加载过程中拉剪微裂纹的演化特征，其分析结果与宏观破坏模式基本一致。随着含水状态改变，RA-AF分布范围和数量依次递减，张拉裂纹分布数量及密度逐渐增加。拉剪裂纹发育随含水率增加逐渐向加载后期第Ⅳ阶段和第Ⅴ阶段转移，水的存在促进了裂隙砂岩内部张拉裂纹的发育，并抑制了剪切裂纹的发育。