冻结土石混合体在单轴压缩下的变形和声发射特征研究

胡 峰， 李志清， 朱益军， 王双娇， 吕 庆

（1. 浙江数智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012； 2. 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310058；3. 中国科学院 地质与地球物理研究所 页岩气与地质工程重点实验室，北京 100029）

0 引言

冻结土石混合体作为一种多相介质混杂的广义冻土，力学性质复杂多变。随着寒区工程的发展和气候变化加剧，寒区富水土石混合体、冻结土石混合体不断受到关注，对其力学性质的研究也得到了一定的发展，但远落后于常规冻土的研究，目前尚缺乏对块石在冻结土体内的变形响应分析，多见整体力学特征方面的研究工作。例如，Nickling等［1］研究了含冰量和上覆垂直荷载对冻结冰川底碛土石碎屑物大型直剪强度的影响，认为高含冰量土石混合体的莫尔-库仑曲线是典型的抛物线，且含冰量对其强度的影响并非单一变化；Fitzsimons 等［2］研究了直剪条件下冰川基底砂砾石混合物的结构和强度性质；Fourie 等［3］探讨了粗颗粒土内部孔隙冰的形成机制；胡峰等［4］研究了冻结土石混合体在压、拉作用下的强度特征，认为冻结土石混合体的压拉强度比受温度的影响显著；祁长青等［5］研究了含冰量、冻结温度对人工冻结土石混合体大型直剪强度的影响。以上文献一定程度上阐述了冻结土石混合体的宏观力学性质，但多以温度、含冰量和含石量为变量，讨论它们对材料宏观力学性质的影响，对于如何将宏观力学性质与内部介质的细观受力演化规律相结合的研究较少。

冻结土石混合体力学性质受内部组构控制明显，直观认识其内部结构受力响应过程十分必要。目前，常见采用CT 扫描成像观测和间接变形监测反馈法，例如，内部埋置白灰、细铝丝等标记物或采用超声波、声发射等技术进行常温土石混合体内部介质受力响应的研究［6-10］。声发射监测相对于CT观测或标记物变形观测具有操作简便，监测参数丰富等优点，国内外对岩土材料受力过程中的声发射特征研究已取得了广泛的成果［11-14］，其结果表明：声发射信号可较好地追踪岩土材料受力变形响应过程，特别是内部介质变形损伤演化过程中所释放的能量响应，声发射信号能提供有力的对应佐证。声发射信号还可作为岩石变形失稳的监测预判、预警指标［15-16］。大量研究已将声发射用于冻土力学性质的研究［17-19］，而将其用于含粗颗粒的冻土或冻结土石混合体力学性质方面的研究还鲜有报道。Yamamoto 等［20］通过在三轴加载台底面安装声发射探头，监测含粗颗粒碎石冻土在常应变三轴压缩过程中的声发射信息，其认为声发射活动受控于含冰量和加载速率，通常随含冰量和加载速率的增加而增加。Li 等［21］研究了固定含石量冻结土石混合体在单轴压缩条件下的声发射活动，结合试样的变形特征提出冻结土石混合体峰后破坏的模式。综上文献，目前多数报道并未系统开展不同含石量冻结土石混合体的声发射特征研究以及冻结基质土、土石界面与块石之间的相互作用模式。为进一步了解冻结土石混合体内部受压变形力学响应，本文通过对不同含石量和不同基质土含水量的冻结土石混合体进行单轴压缩下的变形和声发射特征分析，深化对冻结土石混合体力学性质的认识，为寒区工程提供参考。

1 试验方案

1.1 试验设备

试验加载设备为中国科学院地质与地球物理研究所研制的土工试验加载系统［22］，其加载精度为0.1 kN 和0.05 mm，最大加载速率4 mm·min-1，量程200 mm。为减小试样两端与金属压头快速传热作用，试验将金属压头改装为硬质亚克力台，且加载前进行冻结。图1 为试样安装测试方法，在试样两侧放置两台高清相机，实时记录试样变形特征。声发射测定采用北京软岛科技有限公司生产的DS-16B 全信息声发射系统，其压电陶瓷检波器的频带宽度为50～400 kHz，前置放大器增益为40 dB。压电陶瓷检波器接收信号后经前置放大器后传入声发射采集系统，进一步处理后以到达时间、振铃计数、最大振幅、能量等数值呈现。

图1 试验测试方式Fig. 1 Test methods： actual picture （a）， schematic diagram （b）

1.2 试验材料和制备

选用过2 mm 筛的黏质粉土为基质土，其液限、塑限和塑性指数分别为31.3%、18.8%和12.5，Cu和Cc分别为31.58和0.77。选用尺寸介于5～10 mm，圆度和球度平均值分别为1.132 和0.729，密度为2.59 g·cm-3，点荷载强度为6.5 MPa 的致密石英石为粗粒块石。土、石颗粒尺寸分布见图2（a）。

试验将土样烘干后与蒸馏水混合，配制含水量为25%的土样，并密闭放置12 h，使土样中的水分均匀。将石英石颗粒用蒸馏水冲洗，风干后与设计含量的土样混合，配制成体积含石量为30%、40%、50%的土石混合体，随后在模具中按1.68 g·cm-3的土体干密度分层静力压制成直径为61.8 mm，高度为123.6 mm 的圆柱体试样，三种含石量试样的密度分别为2.19 g·cm-3、2.25 g·cm-3、2.32 g·cm-3。将试样从模具中推出，装入7 号密封袋后放入-20 ℃的恒温箱中冻结36 h，如图3 所示。另外，考虑到青藏公路沿线冻土段路基土以及公路边坡露头常见砂土石混合物，同时结合近年来青藏高原气候环境变化加剧的特征［23-25］，试验采用采集于青藏公路安多县城以北富水段的路基砂土石混合料进行人工冻结土石混合体圆柱试样的配制（直径100 mm，高200 mm），进一步开展了相同加载速率下的冻结路基砂土石混合体的单轴压缩和声发射试验。考虑块石尺寸效应的影响，单轴试样中最大块石尺寸宜为试样直径的1/6～1/4［26］，文中取直径的1/5，即20 mm，随后将路基土中超径块石的质量按原土样中2～5 mm、5～10 mm 和10～20 mm 颗粒的占比分配给对应的颗粒组，替换超径块石。路基土中基质土以低黏性的砂土为主，粗粒块石以卵石、砂岩块体为主，取5 mm 为土石尺寸界限，则质量含石量为52%。替换超径块石后试样的Cu和Cc分别为21.21和0.14，其颗粒尺寸分布如图2（b）。对处理后的路基土进行击实试验，获取其最优含水率为7.3%，最大干密度为2.15 g·cm-3。将路基土配制成最优含水率状态，分三层倒入直径为100 mm，高度为250 mm的制样模具中，采用控制体积的方式进行击实，配制成最大干密度条件下的圆柱体试样。将试样从模具中推出，分为两组，其中一组用保鲜膜密封，放入-20 ℃的恒温箱中冻结36 h，另一组放入真空饱和器中抽气饱和。为防止饱和过程中试样浸水瓦解，抽气饱和前用石棉包裹试样，饱和后取出试样，静置半小时后用保鲜膜密封包裹，在相同条件下进行冻结。试样冻结完成后揭去外包裹，采用与前文一致的条件进行试验。试验后测试两种工况试样的含水量（ω），分别为7.2%和11.0%。

图3 试样冻结过程Fig. 3 Freezing progress of samples： freezing method （a），measurement method for frost heave （b）

1.3 试验测试方法

为尽量减小室温与试样的温差，采用降温设备将实验室温度降低至15 ℃。加载前将压力机和声发射系统均调节到最佳位置以保证试样从恒温箱中取出后可快速进行加载。将冻结试样取出，上下端面涂上适当的凡士林以减小端部摩擦导致的噪音干扰［27］，随后置于同温冻结的亚克力加载台上，将声发射探头端部涂上适量凡士林后贴于试样中部，并用橡胶带固定。随即以1.236 mm·min-1的轴向速率进行加载，同步开始声发射测试。图4 为试样加载过程中贴于试样表面的温度感应计的读数与应力应变曲线。整个加载过程试样表面温度维持在（-13±2） ℃。试样多在5～7 min达到峰值，可见该方法能使试样内部大部分冰晶相态稳定，并维持对应温度的力学性质。为尽可能减少噪音的干扰，试验在夜间进行，试验前对压力机进行同速率空载运行，测试环境噪音介于6～25 mV，确定声发射事件触发电压阈值为30 mV，采用频率为3 MHz·s-1。

图4 压缩过程中应力-应变和试样表面温度变化曲线Fig. 4 The curves of surface temperature and stress-strain of the sample during compressive progress

2 试验结果与分析

2.1 试样破坏形态

三种含石量冻结土石混合体试样压缩破坏形态如图5（a）～5（c）所示，图中状态对应的轴向应变分别为10.8%、10.3%、9.9%，其中试样尺寸按照冻结后计量，关于试样的冻胀变形特征见文献［21］。由图可知，30%含石量试样类似冻土单轴压缩常呈现的鼓腰变形，轴向裂纹不发育，而40%和50%含石量试样以及路基土试样多呈现两端发育轴向裂纹后的径向鼓胀变形，且块石周围依然是裂纹集中发育的区域。块石聚集体周围往往发育较多的裂纹并伴随表面薄冰层的开裂，如图6 所示。分析认为，上述现象可归因于试样含石量的差异，含石量越低，因土石差异变形的裂纹数量较少，试样以鼓腰式变形为主；而含石量越大，块石间接触越多，试样受力后块石相对变形活跃，尤其是试样端部冻土与块石变形不协调，易导致此处裂纹最先萌芽、发育，引起扰动。文献［28］在研究高含冰量冻土单轴压缩变形中发现，当冻土含冰量由30%增大到269%时，试样变形逐渐由中部鼓腰演化为轴向开裂。分析认为，随含冰量的增大，试样力学性质逐渐受冰控制，而在冻结土石混合体中，块石起到类似冻土中大颗粒冰的骨架作用，当块石含量达到一定程度后便控制了试样的力学性质。进一步，试验后依据各压缩阶段的照片，采用Image-Pro 软件的裂隙识别功能和人工CAD 勾勒的方式描绘出试样各阶段的形态轮廓图，如图7 所示为30%、50%含石量试样和路基土试样在不同压缩阶段表面裂缝的发展情况。由图可知，30%含石量试样在轴向应变达到13.8%后依然未见明显的表面裂纹，而相同土体含水量，50%含石量试样表面裂纹出现的时机早于前者且数量更多，呈现多裂纹破坏形态。冻结路基砂土石混合体出现表面裂纹对应的轴向应变最小。三者在峰值应力前均未发育宏观表面裂纹。根据图8 中对比常温土样、不同含水量冻土和40%含石量、15%含水量土石混合体试样单轴压缩至峰值处的裂纹形态可知，常温土样和土石混合体试样均在峰值处表现出明显的表面裂纹，且土石混合体的裂纹数量多于常温土样，而冻土在峰值处表面裂纹很少，且随含水量的增大，试样甚至不出现裂纹，而以整体径向膨胀为主。以上特征说明冻结土石混合体变形开裂性质较常温土石混合体存在滞后性，反映出冻结土石混合体压缩峰后阶段是土石之间差异变形、裂纹扩展、块石相对运动的主要阶段，而在峰前阶段主要为内部冻土和冰的蠕变、颗粒间的局部摩擦滑移。另外，两类冻结土石混合体试样的裂纹演化特征还受到基质土土性的影响。下文将结合试样各压缩阶段的声发射特征进一步说明。

图5 不同试样破坏形态Fig. 5 Failure modes of the samples： rock content=30% （a）， rock content=40% （b）， rock content=50% （c），subgrade soil （ω=7.2%） （d）， subgrade soil （ω=11.0%） （e）

图6 块石周围变形特征Fig. 6 Deformation characteristics around rock blocks

图7 不同试样在各压缩阶段的外观变形特征Fig. 7 Surface deformation characteristics of typical frozen soil-rock mixture samples at different compression stages：rock content=30% （a）， rock content=50% （b）， frozen subgrade soil （c）

图8 不同状态试样单轴压缩峰值点处形态特征Fig. 8 Morphological characteristics in the stress peak of samples with different conditions

2.2 应力应变与声发射信号之间的关系

如图9 所示为30%、40%、50%三种含石量试样的轴向应力-应变曲线与对应的振铃计数和累计振铃数。各试样的应力-应变曲线形状大体相似，均可见初始压密（OA）、线弹性变形（AB）、塑性变形（BC）和峰后应力下降（CD）4个阶段，但随着试样含石量的增加，初始压密阶段和峰后应力下降阶段的斜率逐渐变陡。在初始压密阶段，三种含石量试样均产生一定数量的声发射信号，而常温土体单轴压缩初期却很少捕捉到明显的声发射信号［29-30］。秦尚林等［31］在粗粒土三轴压缩初期也出现大量的声发射活动，文中认为是粗粒土在初期荷载作用下颗粒的镶嵌、压密以及颗粒破碎行为导致，同时，颗粒破碎也是整个加载过程中出现大量跳跃信号的原因。针对冻结粗粒土，分析认为，加载初始阶段的声发射信号来自试样表层大颗粒冰晶，上下端面附近孔隙冰晶的破裂。冻结土石混合体中冰晶的破裂是声发射能量来源的一个重要因素，尤其是试验开始阶段，试样内部的冰晶处于相对完整的未融化、硬脆性状态，冰晶体和基质冻土是主要的承力结构，其受力后最先破裂，引发声发射活动，这与前人关于含粗颗粒的冻土三轴压缩过程中声发射结果一致［20］。冰晶的开裂能触发明显的声发射活动，且声发射数量与能量远高于土体引起的声发射活动。各试样在经历短暂的压密阶段后进入弹性阶段，对应的振铃计数缓慢增加，由弹性阶段的后期进入塑性变形阶段，声发射较活跃。峰值前的声发射活动相对不活跃期可归因于该阶段前期产生的裂纹被压密，这与大多数常温状态岩土材料的研究一致。随后应力趋近于峰值，声发射振铃计数不断增大。三种含石量冻结土石混合体单轴压缩峰前的声发射特征基本相似。进入峰后阶段，30%含石量试样出现零星声发射事件，而40%和50%含石量试样依然可见明显的间断、多峰的声发射事件，说明试样内部依然存在明显的变形活动。图10为声发射累计振铃数特征，其数量变化幅度表征了内部破裂程度和裂纹的形成速率，增长幅度小则单元破裂少，裂纹形成较慢。三种含石量试样的累计振铃数曲线均呈现阶梯式增长，每一级台阶的跃升可视为内部变形活动期或损伤密集发育期，而台阶面为相对平静期。30%含石量试样在弹性阶段累计振铃数增长较快，而40%、50%含石量试样在弹性阶段后期才出现明显增加，说明40%、50%含石量试样由弹性阶段进入塑性阶段后试样内部的土石界面、块石滑移等变形开始加速。该特征也说明低含石量试样中冰晶颗粒的数量较多，在加载初期最先破裂，触发声发射活动。

图9 各含石量试样的振铃计数-时间、应力-应变曲线Fig. 9 The AE ring-down counts-time curves and stress-strain curves of samples with different rock contents：rock content=30% （a）， rock content=40% （b）， rock content=50% （c）

图10 各含石量试样的累计振铃数-时间、应力-应变曲线Fig.10 The accumulative AE ring-down counts-time curves and stress-strain curves of samples with different rock contents：rock content=30% （a）， rock content=40% （b）， rock content=50% （c）

图11 进一步给出了三种含石量试样在轴向应变约为9%，对应AE时间均为577 s时的累计振铃数和累计声发射能量的直方图。30%含石量试样的累计振铃数和累计能量为8.197×103次和7.960×103mV·ms，随含石量增长到50%，试样的声发射特征参数出现爆发式增长，其累计振铃数和累计声发射能量达到7.479×105次和10.489×105mV·ms，相对前者分别增长了91.2 倍和131.8 倍。分析认为，块石处于悬浮状态时，试样内冰晶、土石界面冰晶及土颗粒受压变形是声发射能量的主要来源。随着含石量增加，块石逐渐接触咬合，活动变形加剧，块石间的咬合滑移，甚至破碎等触发了明显的声发射信号。同时，土石界面的增多，试样内部原生裂隙增多，土石界面弹性力学性质不匹配引发的界面变形也将触发声发射信号。通过对比不同压缩阶段和各压缩阶段内三种含石量试样的累计振铃数（图12～13），三者在初始压密和弹性阶段的振铃数差别较小，而50%含石量试样在塑性阶段振铃数相对前两个阶段出现陡升，分别是初始压密阶段和弹性阶段累计振铃数的6.7 倍和4.0 倍。可见，声发射活动随含石量的增大，尤其是达到块石相互大量接触后将快速加剧。进一步，从试样内部裂纹和块石变形特征方面，图14（a）中的块石堆叠体内咬合摩擦和图14（b）中的土石界面受力变形、滑移开裂，甚至图14（c）～（d）中咬合棱角破碎等行为均可产生密集的声发射信号，上述两种结构将随含石量增大而增多。试样内部咬合块石之间的滑移摩擦变形甚至破碎所释放的能量要强于来自冰晶破坏的能量。塑性阶段为内部裂纹快速增长阶段，尤其是高含石量状态，含石量越大，内部变形越大，损伤也越大，将触发更多的声发射信号。

图11 各含石量试样在相同时间下的累计AE参数Fig. 11 Accumulative AE counts of samples with different rock contents

图12 各压缩阶段试样累计振铃数Fig. 12 Accumulative AE counts of samples at different compression stages

图13 同一含石量试样压缩各阶段累计振铃数Fig. 13 Accumulative AE counts of samples with the same rock content at different compressive stages

图14 冻结土石混合体内部变形结构Fig. 14 The internal deformation structures of frozen soil-rock mixture samples： cluster of block stones （a）， soil-rock interface （b）， broken block stone （c），fracture plane of sample

由图9 可知，三种含石量冻结土石混合体应力峰值前的声发射特征演变规律大体相似，峰后阶段的声发射信号差异较大，其中40%、50%含石量试样在峰后依然可见间断性的明显声发射事件，而30%含石量试样在峰后声发射事件较少。图15 对比上述三种试样在峰后经历相同的轴向应变（5%）范围内的累计振铃数和累计声发射能量，可见，随含石量增大，声发射事件快速增多。分析认为，含石量大小是导致峰后声发射事件差异的关键因素，结合前文不同含石量试样破坏后的形态特征，冻结土石混合体峰后应变达到9%后依然保持较完整的圆柱形态，即试样依然以整体变形为主。受冻土的蠕变影响，低含石量试样内部以冻土裹挟块石整体变形为主，随含石量增大，土石界面增多，土石界面的相对变形加剧。同时，块石相互接触的数量增多，块石存在咬合、嵌固，其发生摩擦滑移所产生的能量将导致明显的声发射信号，而块石周围基质土冻结强化后也起到对咬合块石簇的约束，块石滑移摩擦将产生更大的能量。另外，块石堆积体形成的弹性波传播路径对波的衰减作用要明显小于冻土。图16 给出了高、低两种含石量试样在加载初期的声发射活动与试样内触发声发射的单元体及波的传播路径。加载初期的声发射峰值可归因于冰晶颗粒、土石界面的变形所致，即随块石接触数量的增加，声发射源逐渐由冰晶、土石界面转变为冰晶、土石界面、块石间接触咬合面，且存在由块石堆积体组成的相对低衰减的弹性波传播路径。

图15 三种含石量试样峰后相同应变量累计AE参数对比Fig.15 Comparison of accumulative AE characteristics of samples with the equivalent strain at the post-peak stages

图16 不同含石量试样受压触发声发射单元与传播路径Fig. 16 AE trigger unites and propagation paths of samples with different rock content under compression test： sample with low rock content （a）， sample with high rock content （b）

结合前文试样应力峰后出现表面裂纹的特征，也说明了冻结后因土石弹性不匹配造成的土石界面薄弱效应得到削弱，但多数情况下土石界面依然是裂纹发育的集中场所，因冻土、冰晶的撑力和蠕滑行为以及土石界面胶结强化作用，土石界面开裂行为将发生滞后。

2.3 不同含水量条件下冻结砂土石混合体的声发射特征

图17～18分别为青藏公路冻害段路基土配制而成的质量含石量为52%的非饱和与饱和试样在相同试验条件下的应力-应变曲线和对应的声发射振铃计数与累计振铃数曲线。由图可知，两种含水量试样的应力应变曲线类似，两者对应的峰值应变分别为4.8%和3.5%，但非饱和试样应力应变曲线在峰值点附近相对平缓，呈现缓升缓降的特征。两种含水量试样的振铃计数形状相似，均随轴向应变加大而增大，两者峰后同样存在间断的声发射事件，但数量少于前文50%体积含石量试样（换算质量含石量为55%），说明峰后块石的变形不如前文基质土为黏质粉土的试样活跃，其声发射特征更偏向于脆性岩土体的声发射特征，即峰前声发射事件较多，峰后比较少。两者对应的累计振铃数曲线相对光滑，未出现类似前文的台阶形状，而是随时间呈现渐进增加特征，主要分为初始平缓上升，中段快速上升，后段平缓上升三个阶段，其中弹性阶段增长最快。图19统计了初始压密阶段、弹性阶段和塑性变形阶段的累计振铃数，其变形特征与前文试样有所不同，试样在塑性变形阶段振铃数最少，而前文试样在该阶段的振铃数最多。

图17 路基土声发射振铃数-时间、应力-应变曲线Fig. 17 AE ring-down counts-time curves and stress-strain curves of subgrade soil samples：subgrade soil （ω=7.2%） （a）， subgrade soil （ω=11.0%） （b）

图18 路基土声发射累计振铃数-时间、应力-应变曲线Fig. 18 AE ring-down counts-time curves and stress-strain curves of subgrade soil samples：subgrade soil （ω=7.2%） （a）， subgrade soil （ω=11.0%） （b）

图19 两种含水量试样各压缩阶段声发射参数对比Fig. 19 Comparison of accumulative AE characteristics at each compression stage of sample with different water contents

另外，分析认为冻结土石混合体基质土成分也是影响声发射活动的重要因素，尤其是冻结后形成的内部孔隙结构的差异。砂土相对粉土其内部孔隙体积大，且砂土颗粒表面很少存在薄膜水［32］，内部大尺寸孔隙易生成更多的大颗粒冰晶，故冻结砂土内部未冻水较少，其压缩蠕变性质要弱于冻结黏质粉土，制成的冻结土石混合体更偏于硬脆性，其轴向压缩受力后表层首先发生大量的冰晶颗粒变形，触发较多的声发射活动，试样含水量越高，该现象越明显，随后才是砂土颗粒发生摩擦变形。在峰值前的塑性变形阶段，试样内部基本形成了若干应力集中区，随后演化为几条明显的轴向主裂纹，试样基本沿着前期形成的裂纹扩展，而其他部位的细短裂缝较少，变形向主裂缝集中，进一步延伸开裂。试样变形受控于前期形成的裂隙，尤其是峰后，试样基本沿主裂纹扩张，主裂纹周围之外区域颗粒的相对摩擦滑移变形较少，所产生的声发射事件数要明显少于前文黏质粉土试样因整体变形导致的声发射数量。可以将上述试样受力过程归纳为：加载受力初始阶段的粗大冰晶体的破裂-土颗粒摩擦滑移-裂纹形成-裂纹继续扩展。

3 结论

本文对不同含石量人工冻结土石混合体和冻结砂土石混合体进行单轴压缩下的声发射试验，主要获得以下结论：

（1）冻结土石混合体单轴压缩下的声发射特征可分为压密阶段受冰晶体破裂，裂隙闭合产生一定数量的声发射事件，弹性阶段的声发射数量较少，而塑性阶段的声发射数量受试样本身材料性质和含石量的影响较大，以蠕变较大的黏质粉土为基质土的低含石量冻结土石混合体在该阶段声发射活动较少，而高含石量状态则声发射事件较多；以砂土为基质土的冻结土石混合体在塑性阶段声发射事件均少于前面压密阶段和弹性阶段。

（2）含石量大小是影响冻结土石混合体声发射事件数的重要参数，随含石量的增大声发射事件明显增多，呈指数增长，即表明试样内部裂隙发育明显增多。冻结土石混合体在压缩应力峰后依然存在明显的声发射事件，呈多峰特征，含石量越大，峰后的声发射峰越多。说明峰后存在裂隙集中发育、咬合块石摩擦滑移，甚至破裂等变形，一次集中的声发射事件峰代表一次明显的变形活动，而峰前的声发射事件主要来自加载初期的冰颗粒压缩、土颗粒摩擦、土中裂缝和土石界面裂缝的萌芽产生，块石变形导致的声发射事件较少。

（3）黏质粉土为基质土的冻结土石混合体受冻土蠕变影响，试样以整体变形为主，峰后依然存在明显的声发射振铃数；而以砂土为基质土的冻结土石混合体，内部孔隙较大，受冰晶体填充，试样以轴向裂隙开裂变形为主，峰后主要沿着前期形成的裂纹持续扩展，声发射事件较少。

（4）两种基质土土性的冻结土石混合在单轴压缩过程中表面裂纹的开裂均出现在峰后阶段，峰前阶段肉眼未见表面裂纹，且峰后对应明显的声发射信号，甚至峰后阶段累计振铃数大于峰前阶段，即峰后试样内部土石差异变形、裂隙发育是冻结土石混合体相对于常温土石混合体明显的差异。可将冻结土石混合体的单轴加载变形模式归纳为初始阶段的表层粗大冰晶体的破裂-土颗粒、冰晶摩擦滑移-土石差异变形、咬合块石滑移、裂纹萌芽-裂纹扩展。