拉裂-坠落式岩质崩塌失稳过程声信号特征模拟试验研究

廖之恋,陈世万,杨 贵,余 琪,李本云

(1. 贵州大学 资源与环境工程学院,贵州 贵阳 550025; 2. 贵州大学 喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室,贵州 贵阳 550025;3. 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司,贵州 贵阳 550081)

0 引言

我国西南岩溶集中发育,面积约55万km2,岩溶山地地形切割剧烈,岩体崩塌十分发育。以贵州省为例,据2018年地质灾害排查结果,全省范围内共有3681个崩塌灾害隐患点[1];调查发现,超过80%崩塌灾害点主体为碳酸盐岩,岩溶构造发育;而底座多为软弱碎屑岩,呈典型“上硬下软”的特征。差异风化强烈,下部软岩逐步形成凹岩腔最终导致上覆危岩体临空,在降雨侵蚀作用或地下采矿等工程作用下在危岩体内形成主控裂隙[2-3],主控裂隙经历起裂、扩展、直至贯通失稳形成崩塌[4-8]。崩塌具有突发、快速、致灾性强的特性,极大地威胁人民生命财产安全[9-10]。

岩溶山区岩体崩塌点多面广、失稳过程迅速,使有效监测预警极具挑战。声发射/微震监测精度高,具有连续、实时动态监测的特性[11-12],对岩石内部微破裂演化过程十分敏感。声发射(AE)技术可以很好地揭示微裂纹的演化规律,由声发射特征参数进行综合分析的裂纹扩展和损伤演化的阶段性特征与岩石变形破坏过程具有较好的一致性[13]。KAISER[14]最早在金属材料中发现声发射现象,随后国内外对岩石类材料的声发射特征进行了研究[15-20],并将声发射技术用于矿山、隧道、边坡等工程稳定性的监测[21-24]。近年来,一些研究证明了声发射技术监测边坡失稳破坏具有潜在优势[25-26],CODEGLIA等[27]开展了冻融作用下危岩体崩塌的监测,通过岩质边坡上长周期内振铃计数的分析,发现地下水及积雪的变化会影响声发射信号的强弱。DIXON等[28]利用有源波导的声发射设备监测了英国铁路轨道边坡的变形。魏学勇等[29]利用声发射技术监测了三峡库区万州危岩体变形和裂缝扩展。

微震技术与声发射技术相似,也是利用岩石破坏过程中的振动信号来研究岩体内部的裂缝扩展情况,微震监测所采集的振动频率较低[30]。微震可有效定位数百米外岩体崩塌崩落产生的信号,同时通过识别信号特征参数可准确识别岩体破裂产生的微震信号。微震监测是分析岩质边坡稳定性和岩体损伤的有效手段,微震监测技术已开始应用于崩塌灾害研究,如:崩塌落石监测定位[31-32]、岩体破裂微震信号特征识别[33-34]、落石运动撞击解体信号分析[35-36]、落石活动性[37]、崩塌过程反演[38],这些研究证实了微震可有效定位数百米外岩体崩塌崩落产生的信号,同时通过识别信号特征参数可准确识别岩体破裂产生的微震信号。此外,一些研究发现岩体崩塌失稳前也会出现明显微震前兆信号。SENFAUTE等[39]根据陡崖危岩崩落前15 h内微震信号频率演化特征将崩塌孕育过程划分为:裂纹启裂段、裂纹生长发展段和裂纹贯通破坏段;LIANG等[40]应用岩质边坡破坏前落石撞击、弹跳和滚动累计微震能量对岩体崩塌进行预警并成功提前3 min预警一次较大规模崩塌。

总体上看,岩体崩塌监测预警极具挑战性[41-42]。本文根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变加载和模拟自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟室内试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征,研究成果为发展岩体崩塌监测预警方法和技术提供支撑。

1 模型设计及试验方法

1.1 相似材料试样配置

1.1.1 脆性相似材料

相似模拟试验中,相似常数主要有几何相似常数、重度相似常数和应力相似常数。一般来说,模型的尺寸与原型越相近,则试验效果越好。本试验以岩溶山区典型岩体崩塌主岩灰岩为研究对象,主要物理力学参数为单轴抗压强度σc、杨氏模量E、泊松比μ、密度ρ以及几何尺寸L。根据相似准则可得到相似常数之间的关系为:

(1)

(2)

CE=CC=Cσc

(3)

Cσ=αL×Cρ

(4)

式中: 下标H、M分别为原型和模型;αL为几何相似常数;Cσ为应力相似常数;CE为弹性模量相似常数;Cρ为密度相似常数。

根据式(1)～式(4),结合灰岩性能计算选取Cρ=1.7,由于室内试验仪器及场地限制选取几何相似常数αL为50,则其他力学相似常数CE,Cc,Cσc均为85,并根据相似比确定灰岩相似材料力学参数范围,如表1所示。

表1 灰岩物理力学参数及对应相似材料物理力学参数Table 1 Physical and mechanical parameters of limestone and corresponding similar materials

获得脆性相似材料,确保模型在破坏过程中产生与岩石破坏相似的声信号是本研究的前提。采用石英砂为骨料,石膏、水泥为胶结材料配制相似材料[43],配制过程中加入3%硼砂作为缓凝剂防止石膏在制样过程中凝结过快。以骨料与胶结材料比例及胶结成分比例为影响因素,配置脆性相似材料。配比材料中石英砂粒径40～80目,石膏粉280目,水泥325目。

对不同配比的相似材料试样进行了单轴压缩条件下的声发射试验如图1所示。由试验结果可知,砂胶比5∶1,胶结物中水泥∶石膏为3∶7的材料在力学曲线和声发射活动特征方面与脆性岩石具有较好的相似性如图2所示,其表现为:在初始加载孔隙压密段,孔隙闭合过程使应力-应变曲线呈下凹,声发射活动较强;在弹性压缩阶段,声发射活动保持稳定;而在峰前裂隙加速破裂阶段,应力-应变曲线斜率降低,弹性模量减小,声发射出现激增;峰后应力突降,表现出显著脆性特征。试验中崩塌主体采用此配比的相似材料。

图1 部分不同配比试样声发射效果图Fig. 1 Acoustic emission effect diagram of partial samples with different proportions

图2 灰岩单轴压缩条件下的声发射效果图Fig. 2 Acoustic emission effect diagram of limestone under uniaxial compression condition

1.1.2 软弱基座相似材料

软弱基座相似材料需具有遇水强度显著软化的特性,通过加入黄豆面亲水软化材料获得亲水软化特性[44]。软弱基座相似材料的配比为砂胶比5∶1,即石英砂与水泥加高岭土比例为5∶1,并添加1%的黄豆面。

1.2 试验模型与试验设备

设计岩层结构为上硬下软型,上部为灰岩,采用材料为脆性相似材料;下部软弱层为泥岩,采用材料为软弱基座相似材料,如图3所示。上覆危岩体通过预制裂纹模拟崩塌主控结构面,下部软弱层持续注水软化模拟凹岩腔形成过程。

图3 试验示意图Fig. 3 Diagram of test表2 试验设备及主要参数设置Table 2 Test equipment and main parameter setting试验设备型号性能参数及设置高速摄像机千眼狼高速摄像机采集频率1000 Hz动态应变采集仪DH3818最大采集频率0.2 Hz测量量程19999 με最高分辨率1 με声发射监测系统PCI-2E5.40传感器中心频率150 kHz声发射门槛值35 dB峰值定义时间50 μs撞击定义时间100 μs撞击闭锁时间1000 μs微震监测系统新型无线微震监测系统Wi-Fi传输方式采样频率0.5 kHz

本次试验所用设备有高速摄像机、动态应变采集仪、无线微震监测系统、声发射监测系统等。试样整体尺寸为800 mm×200 mm×800 mm,软弱基座尺寸为450 mm×200 mm×450 mm。在试样预制裂纹处粘贴应变片,通过动态应变采集仪可获得预制裂纹处应变演化过程。采用高速摄像机记录岩体破裂发展过程,在摄像区域布置密集测点阵列,再将采集到的图片进行数字图像相关法(digital image correlation, DIC)获得破裂过程应变场演化。采用专门无线微震监测系统采集破裂发展过程的低频声信号,微震传感器内置无线传输模块,由无线路由器传输数据。采用美国PAC物理声学公司声发射监测系统(PCI-2E5.40)采集高频声信号。试验设备及主要参数如表2所示。

1.3 试验方法

1.3.1 预制裂纹长度设计

研究表明拉裂型岩体崩塌主控结构面演化过程为Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹问题[45],主控结构面受力情况主要由弯矩作用和垂直于主控结构面的拉应力Ⅰ型裂纹(图4(a))和平行于主控结构面的剪应力Ⅱ型裂纹(图4(b))两部分组成。

图4 拉裂型崩塌简化断裂力学模型Fig. 4 Simplified fracture mechanics model for crack rock collapse

Ⅰ型裂纹应力强度因子计算公式为:

(5)

(6)

(7)

式中:F为常量系数;σmax为主控结构面受到的最大拉应力;β为贯通率;l为凹岩腔深度;H为上覆危岩体高度;γ为危岩体的重度。

Ⅱ型裂纹应力强度因子计算公式为:

(8)

(9)

复合裂纹断裂问题可通过最大周向正应力理论的复合应力强度因子Ke来判断崩塌的稳定性。

(10)

式中θ为破裂角,可由式(11)计算得到:

(11)

式中,k=(KⅠ/KⅡ)2, (KⅡ≠0)。

将计算得到的Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子代入式(11),即可得到破裂角θ,再由θ即可得到复合应力强度因子Ke。复合断裂韧度判别为:Ke≥KⅠC,即当Ke-KⅠC≥0时,将发生失稳破坏。

本次试验中岩体崩塌模型各参数为:H=0.35 m,γ=1800 kN/m3,l=0.45 m,β取0.1,0.2,……,0.9。本试验所涉及的贯通率β为预制裂隙长度与上覆危岩体高度之比[46],经计算贯通率为90%时,在自重条件下可发生破坏。本文试验中,分级蠕变加载条件下贯通率取80%,模拟自然渐变条件下贯通率取90%。

1.3.2 加载方式

岩体崩塌孕育失稳过程受控于在自然渐变荷载作用下主控结构面的发展。自然状态下主控结构面的受力方式类似于分级蠕变加载[47],每一次的扰动后(如洪水冲刷基座等)崩塌应力场重分布,达到新的稳定状态并持续一段时间,扰动和稳定时间段可视为分级加载蠕变;同时分析拉裂岩质崩塌发育力学过程,部分崩塌发育过程可视为基座逐步软化引起主控裂纹处荷载发生改变,直至崩塌失稳。本文通过概化两类崩塌发育力学演化特征,开展了分级蠕变加载和基座软化逐步演化2种类型的室内相似模拟试验。

1)分级蠕变加载

通过在试样断裂自由端上部进行分级蠕变加载,模拟崩塌发育多次外荷载改变引起崩塌失稳破坏过程。基于线弹性断裂力学理论,根据试样I型裂纹断裂韧性,设计分级加载的荷载为500 N和1000 N,试样编号为CL-5。

2)自然渐变软化荷载

为模拟基座渐变软化引起拉裂型岩质崩塌失稳破坏过程,开展仅通过注水软化基座,模拟崩塌发育过程。在基座不断软化,刚度降低的自然渐变过程中,研究渐进破坏全过程声发射和微震信号演化规律,试样编号为DL-2。

2 试验结果分析

2.1 应变及应变场演化

2.1.1 裂缝应变分析

分析动态应变采集仪获得预制裂纹处应变演化过程。图5(a)为分级加载过程中裂缝产生的应变,图5(b)为图5(a)中红色圈定区域的局部放大图。按分级加载时间可将全过程分为3个阶段,前2个阶段(0～4500s)为加载阶段,应变响应极其微弱,应变增长速度缓慢;第三阶段初(第5502.04 s)应变值仅为0.035%,直至破坏前0.04 s时应变出现突增,由0.035%升至5.9%。

图5 各试样应变-时间曲线图Fig. 5 Strain-time curve of each specimen

图5(c)为自然渐变软化过程中裂缝产生的应变,图5(d)为图5(c)中红色圈定区域的局部放大图。由图5(c)可知,自然渐变软化荷载下DL-2试样前期应变响应微弱;直至破坏前0.05 s应变瞬间增大而发生快速失稳破坏。可见,模拟自然渐变条件与分级蠕变加载条件的变形监测结果类似,均未出现明显失稳前兆信息。

2.1.2 数字散斑应变场分析

CL-5试样裂纹从起裂扩展到贯穿失稳全过程,应变场有明显改变并集中在裂纹处,如图6所示。以0.001 s为时间间隔,从裂纹起裂到贯穿失稳全过程最大应变分别为1%和8%,崩塌主控裂纹尖端变形增长率迅速增大,由起裂扩展至贯通仅用了0.03 s。DL-2试样由起裂到贯通仅0.00612 s。2个试样的破坏速度极快,应变响应在瞬间完成,变形监测难以提供可靠破裂前兆信息。

2.2 高频信号时频特征演化规律研究

本试验中声发射采集的信号频率均为高频信号,从时域和频域两方面分析声发射采集的高频信号。

2.2.1 声发射信号时域参数分析

声发射事件的幅值变化直观反映了岩样在加载过程中岩石所释放能量变化;累计撞击数为超过门槛并使某一通道获取数据的任何信号的累计,反映声发射活动的总量和频度[48]。

图7(a)为分级蠕变加载下声发射信号分布,CL-5试样在初始注水软化阶段几乎没有信号产生,基本处于稳定阶段。在第一级荷载下导致主控结构面附近出现应力集中,产生声发射信号,此阶段声发射幅值较小,集中分布在30～55 dB之间。经第二次加载之后,信号持续增加,但整体幅值相比于第一次加载并未明显增大;直至破坏前25.6 s,累计撞击数曲线出现突增,大于60 dB的信号数量剧增。可见岩体崩塌孕育过程中声发射信号响应较为灵敏,距离破坏前较长时间出现声发射信号突增。

图7 各试样声发射幅值和累计撞击数演化Fig. 7 Evolution of acoustic emission amplitude and cumulative impact number of each specimen

图7(b)为模拟自然渐变软化荷载下声发射信号分布,根据试验过程可将全过程分为凹岩腔软化阶段Ⅰ、加速损伤阶段Ⅱ、失稳破坏阶段Ⅲ。在凹岩腔软化阶段(0～4000 s)末期集中产生较多信号,信号幅值较低,主要为小尺度破裂。随着不断注水软化,在加速损伤阶段(4000～5292.1 s)产生较多高幅值信号,于5292.1 s时累计撞击数曲线出现陡增。相比分级加载,模拟自然渐变条件下的声发射信号表现出明显的阶段性特征,可用于确定所处发展阶段。

2)r值演化规律

r值为声发射累计撞击数与声发射累计能量的比值,用来反映试件加载过程中内部能量的集中度[49-51]。r值持续减小并保持较低的数值,表明声发射数量少且能量高,处于大破裂孕育阶段,其计算公式为:

r=∑N∕∑E

(12)

式中: ∑N为某相同时间间隔的AE累计撞击数;∑E为某相同时间间隔的AE累计能量。

图8(a)为分级蠕变加载CL-5试样的r值演化过程,图8(b)为图8(a)中红色圈定区域的局部放大图。在每级加载之后均出现降低,表明荷载作用对试样造成了损伤,产生小尺度破裂。破坏前25.6 s时r值出现突增,突增后紧随突降,显示破裂从小破裂急剧转为大破裂占主导;对比声发射撞击数,r值在破裂前出现急剧改变,显示r值是更为稳健的前兆参数。

图8 各试样r值随时间变化图Fig. 8 Plot of r value of each specimen with time

图8(c)为模拟自然渐变荷载下DL-2试样r值演化过程,图8(d)为图8(c)中红色圈定区域的局部放大图。在凹岩腔软化阶段的声发射信号均为小能量信号。进入加速损伤阶段r值突增后开始降低,表明在此阶段开始产生大尺度破裂。进入失稳破坏阶段r值又出现一次突增,之后r值持续降低(距破坏前6.4 s),并持续保持至试样破坏。

3)b值演化过程

例 ：原文：“yet,as Sir Pitt Crawley would say with perfect justice in his elegant way,‘Rotten!be hanged-it produces me a good fifteen hundred a year.”（Thackeray，2001，p.57）

b值是表征试样宏微观裂隙扩展尺度的有效参数,其动态变化特征具有直接的物理意义,揭示了岩石内部应力的变化及裂纹扩展规律[52-53]。计算岩石声发射b值的公式为[54-55]:

lgN=a-b(A∕20)

(13)

式中:b为表征声发射活动水平的物理量;A为声发射幅值;N为震级间隔下的声发射统计累积频次;a为常数。

图9(a)是分级蠕变加载试验过程中b值演化过程,图9(b)为图9(a)中红色圈定区域的局部放大图。随着载荷的逐渐增大,声发射小事件所占的比例较多b值有所增加,说明此时试样内部以小尺度微破裂为主,岩石处于相对稳定阶段。在试样破坏前,岩石内部大尺度微裂纹所占比例增加并出现群集现象,微裂纹空间分布开始从无序分布向有序分布转变,b值开始较快速下降(距破坏前22.25 s)。图9(c)是模拟自然渐变加载试验过程中b值演化过程,图9(d)为图9(c)中红色圈定区域的局部放大图。随着破裂的发展,DL-2试样b值同样逐渐增大,进入加速损伤阶段,b值开始较快速下降(距破坏前1.52 s)。

图9 各试样b值演化规律Fig. 9 Evolution pattern of b value for each specimen

2.2.2 声发射信号频域参数分析

1)声发射信号主频

图10 (a)～(c)为分级蠕变加载试样破坏过程中高频声信号的主频演化,图10(c)为图10(b)中黑色圈定区域的局部放大图。由图10 (a)～(c)可知,首次加载后分级蠕变加载试样主频主要分布在400 kHz左右且以高频低幅值为主。第二次加载后(4500～5494.5 s)持续产生低频大幅值信号,数秒后信号数量突增且此时产生的信号频段较宽,分布在0～500 kHz之间。直至破坏前25.55 s,信号由高频向低频转化,大尺度破裂产生。由此可见,声发射主频带变宽,由高频向低频迅速转换是岩石破裂可靠的前兆信息[56]。

图10 主频及幅值随时间变化规律图Fig. 10 Main frequency and amplitude variation pattern with time

图10(d)～(f)为模拟自然渐变荷载试样破坏过程中高频声信号的主频演化,图10(f)为图10(e)中黑色圈定区域的局部放大图。由图10(d)～(f)可知,在凹岩腔软化阶段(0～4000 s)产生的信号多为低频高幅值;在加速损伤阶段(4000～5292.4 s)信号持续呈现低频特征。临近破坏时的信号在20～150 kHz之间均有分布且在距破坏前12.08 s出现更多低频信号。

2)基于AF/RA破裂类型判别

图11 基于RA与AF的破裂机制判定Fig. 11 Crack mechanism analysis based on RA and AF

在声发射波形参数指标中,RA(上升时间/振幅)与AF(平均频率)值可用于对破裂机制进行定性分析。一般来说,低AF值、高RA值表示剪切裂纹的产生或发育,高AF值、低RA值则表示张拉裂纹的产生或发育[57-60],如图11所示。

图12(a)～(d)为分级蠕变加载不同时段内的RA与AF值分布,CL-5试样经第一次加载后,微裂纹总量稀疏,RA值分布在0～10 kHz之间,AF值主要分布30～80 kHz之间。经第二次加载后,RA逐渐增大,AF值逐渐减小,表明剪切裂纹开始增加。临近破坏时,RA值增大,AF值降低,剪切破裂成分迅速增加,AF-RA值呈现明显条状分布。

图12 不同时段内的RA与AF值分布 Fig. 12 Distribution of RA and AF in different periods

图12(e)～(h)为模拟自然渐变荷载下不同时段内的RA与AF值分布,DL-2试样前期RA分布在0～50 ms/V之间,AF值分布在10～60 kHz之间。在失稳破坏阶段RA值增大,AF值减小,AF-RA分布集中在剪切破裂区域。

2.3 低频信号分析

2.3.1 微震信号全局波形分析

DL-2试样的全过程波形如图13所示,将微震信号幅值做归一化处理之后选定阈值y=0.55,分析试验全过程微震信号幅值演化特征。图13(b)为DL-2试样全过程微震信号累计过阈值数出现3次明显的突增,相对于变形监测,微震信号对加载和破坏十分灵敏;突增后信号保持平稳,表明破裂呈阶段发育;而破坏前出现信号突增,裂纹加剧破坏。

图13 微震信号累计过阈值数Fig. 13 Cumulative number of microseismic signals over the threshold

2.3.2 微震信号主频分析

微震监测系统采集到的信号为连续波形,采用滑动时窗法(窗口大小为500个/s)截取微震信号,计算每段信号的主频,DL-2试样的微震信号主频演化如图14所示。

图14 自然渐变荷载主频演化规律Fig. 14 Main frequency evolution pattern of natural gradual loading

由图14可知,DL-2试样主频具有呈连续密集条带状分布规律,DL-2试样主频可分为:2～18 Hz,44～92 Hz,144～446 Hz。按主频分布特征可将微震信号分为A(高频)、B(中频)、C(低频)三类信号,A类信号数量远多于B类和C类信号。由图15可知,三类信号的时频域波形均有较为明显的差异。根据时域波形可将A类和B类信号定义为连续信号,C类信号为突变信号。按频域进行分类,A类信号为单峰结构,B类和C类信号为多峰结构。

2.3.3 主频变异系数

采用滑动法计算主频变异系数,主频变异系数为主频标准差和均值的比值,计算公式为:

(14)

(15)

DL-2试样三类信号的主频变异系数计算结果如图16所示。由图16(a)可知,DL-2试样A类信号的主频变异系数较为密集,总体上都呈现先升后降的趋势,在失稳前较长时间内均出现降低趋势。由图16(b)可知,B类信号变化趋势表现为波动持续上升。C类信号过少,不宜用于分析趋势。综合分析,A类信号失稳前均出现显著降低且提前时间较长,可通过高频的A类信号主频变异系数的突降来提取微震信号前兆点。

3 讨论

通过对分级蠕变和模拟自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌失稳过程高频段和低频段声信号进行了系统的分析,研究了模型试验崩塌孕育全过程声信号特征(累计撞击数、r值、主频、主频变异系数、AF/RA分布、b值)。试验结果表明,相对于传统的位移监测,采用声发射系统和无线微震传感器监测裂隙发展过程声信号表现出明显的前兆信息,表3总结了各类参数在破裂失稳前发生突变时可提供的预警时间。根据变形监测得到的预警时间不到0.1 s,难以达到预警效果;而各类声信号参数可以提供数秒至数十秒的预警时间,对于更大规模的岩体崩塌,可提供更长的预警时间。

分级蠕变加载下的预警时间比模拟自然渐变的预警时间长,分析其原因应为分级蠕变加载较模拟自然渐变扰动大,分级蠕变加载加速危岩体损伤。统计参数(b值)的提前量少于物理参数(累计撞击数、r值、主频、频率质心、主频变异系数、AF/RA分布),预警时间较为保守,分析其原因应为统计参数计算的是某一时段内的数据,而物理参数则是精确的某一刻数据的变化;而统计参数为无量纲的表征破裂本质转换的参数,更具可靠性。

应该指出,本文研究中未考虑与时间相关的加载速率(分级加载中的时间间隔、自然渐变加载中基座软化速率)等因素,研究的量纲中未包含时间,因此不能通过本次试验结果获得真实岩体崩塌微震预警时间,在后续研究中将进一步考虑荷载施加速率与自然岩体崩塌的相似性。

4 结论

根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变和自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征(累计撞击数、r值、主频、主频变异系数、AF/RA分布、b值),得到以下结论:

1)位移和应变场均仅在主破裂发展瞬间产生突变,难以提供指示失稳破坏的前兆信息。

2)根据2种工况下相似模拟试验声发射和微震信号的特征,崩塌发展过程可分为渐变阶段、主控面加速损伤阶段和失稳破坏阶段。模拟自然渐变荷载下主控裂纹贯穿失稳更为突然。

3)分析2种工况下岩体崩塌相似试验的高频声发射信号时域和频域参数特征,可为岩体崩塌失稳提供有效的失稳前兆指示。声发射时域表现为累计撞击数的突增、r值的持续降低、b值突降。频域为主频带变宽,临近破坏时信号由高频迅速向低频转化;RA-AF在加速损伤阶段和失稳破坏阶段出现转化,可有效指示破坏过程中破裂主控机制的转化。

4)采用滑动窗口法分析了试验全过程的微震波形信号,根据主频特征可清晰区分高频、中频、低频3类信号,其中低频信号在加速损伤阶段出现突降,可通过低频信号的变异系数来确定微震信号的前兆信息。