冻融循环作用下类岩石试件的损伤破坏声发射特性

梁金平; 周堃慈; 蒙冠雄; 杨站昆; 荆浩勇; 李小瑞; 苏占东; 张建勇

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2506567

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (26) :11428-11437 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2506567

建筑科学

冻融循环作用下类岩石试件的损伤破坏声发射特性

梁金平 ¹^,² ,
周堃慈 ¹ ,
蒙冠雄 ¹ ,
杨站昆 ¹^,² ,
荆浩勇 ³ ,
李小瑞 ¹^,² ,
苏占东 ¹^,² ,
张建勇 ¹^,²

作者信息 +

Acoustic Emission Characteristics of Damage and Failure of Rock-like Specimens under Freeze-Thaw Cycles

LIANG Jin-ping ¹^,² ,
ZHOU Kun-ci ¹ ,
MENG Guan-xiong ¹ ,
YANG Zhan-kun ¹^,² ,
JING Hao-yong ³ ,
LI Xiao-rui ¹^,² ,
SU Zhan-dong ¹^,² ,
ZHANG Jian-yong ¹^,²

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摘要

周期性冻融作用对岩土材料产生的累积损伤效应是寒区工程失效的重要诱因。为探究冻融循环作用下岩石材料的内部损伤及破坏机理,利用水泥砂浆类岩石材料开展冻融循环单轴压缩试验,并对冻融损伤岩石进行单轴压缩声发射试验,研究了冻融循环次数对类岩石材料力学特性及声发射特性的影响。研究结果表明:试件的峰值强度和抗冻系数均随冻融次数增加而降低,当冻融循环次数超过40次时,下降幅度相对较大;冻融循环对试件的损伤破坏具有累积效应,经受冻融循环次数较多的试件在单轴压缩中破坏更加严重,裂纹扩展路径由简单向复杂演变,破坏模式由开裂逐步发展为碎裂与块体剥离;冻融作用会使试件更早进入“损伤持续释放”状态。随着冻融循环次数增加,振铃及能量累计显著增加,微破裂活动规模和强度加速发展;冻融后试件的声发射幅度整体分布呈现V形,峰值频率逐渐向优势频段过渡;随着冻融次数增加,试件破坏瞬间的声发射振铃计数及能量均呈指数增长趋势,在冻融40~60次区间内,损伤会出现从“缓慢累积”到“加速发展”的关键转折。研究成果可为寒区岩土工程的设计、施工和安全运营提供实验依据。

Abstract

The cumulative damage effect induced by cyclic freeze-thaw actions on geomaterials is a significant cause of engineering failures in cold regions. To investigate the internal damage and failure mechanisms of rock-like materials under freeze-thaw cycles, uniaxial compression tests and AE (acoustic emission) tests under uniaxial loading were conducted on cement mortar specimens simulating rock behavior. The influence of the number of freeze-thaw cycles on the mechanical and AE characteristics of such materials was studied. The results show as follows. The peak strength and frost resistance coefficient of the specimens decrease as the number of freeze-thaw cycles increases, with a more pronounced reduction after exceeding 40 cycles. Freeze-thaw cycles exhibit a cumulative effect on the damage and failure of specimens. Specimens subjected to more freeze-thaw cycles suffer more severe damage under uniaxial compression. With the increase in the number of freeze-thaw cycles, the crack propagation path evolves from simplicity to complexity, and the failure mode gradually develops from cracking to fragmentation and block spalling. Freeze-thaw action causes the specimens to enter a “continuous damage release” state earlier. With an increase in the number of freeze-thaw cycles, the cumulative values of ringing and energy rise, indicating an accelerated development in both the scale and intensity of micro-fracturing activity. The amplitude distribution of acoustic emissions in freeze-thawed specimens generally exhibits a “V” shape, with the peak frequency gradually shifting toward the dominant frequency band. With the increase in the number of freeze-thaw cycles, both the acoustic emission ringing count and energy at the moment of specimen failure show an exponential growth trend. In the range of 40~60 freeze-thaw cycles, the damage undergoes a key turning point from “slow accumulation” to “accelerated development”. The findings provide an experimental basis for the design, construction, and safe operation of geotechnical engineering in cold regions.

Graphical abstract

关键词

冻融循环次数 / 类岩石试件 / 力学特性 / 损伤破坏 / 声发射

Key words

freeze-thaw cycles / rock-like specimen / mechanical properties / damage and failure / acoustic emission

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梁金平, 周堃慈, 蒙冠雄, 杨站昆, 荆浩勇, 李小瑞, 苏占东, 张建勇. 冻融循环作用下类岩石试件的损伤破坏声发射特性[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(26): 11428-11437 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506567

LIANG Jin-ping, ZHOU Kun-ci, MENG Guan-xiong, YANG Zhan-kun, JING Hao-yong, LI Xiao-rui, SU Zhan-dong, ZHANG Jian-yong. Acoustic Emission Characteristics of Damage and Failure of Rock-like Specimens under Freeze-Thaw Cycles[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(26): 11428-11437 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506567

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冻融循环作用是寒区岩土工程中普遍存在且不可忽视的环境因素,其通过水冰相变产生的冻胀力及化学-物理耦合效应,对岩体及类岩石材料的物理力学特性及长期稳定性产生显著影响^[1-3]。随着北极资源开发强度提升和寒区基础设施建设的推进,冻融循环作用引发的岩体损伤、裂隙扩展及失稳问题日益突出,成为岩土工程领域亟待解决的关键科学问题之一。

目前,中外众多学者聚焦于研究岩石在冻融循环过程中的物理及力学性质变化规律^[4-6]。大量研究表明,冻融循环会导致岩石的质量、强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等物理力学参数下降,同时岩石的破坏模式也会发生变化。Nicholson等^[7]针对沉积岩开展不同温度下的循环冻融试验,得到10种不同沉积岩破坏时所经历的冻融循环次数。周科平等^[8]发现了冻融循环后花岗岩单轴抗压强度和冻融系数明显降低,并采用核磁共振测试手段获得了冻融循环后岩样的孔隙空间分布情况。Bayram^[9]对寒区自然岩石经历冻融循环后的强度损失进行了研究,建立了适合特定石灰石冻融循环后单轴抗压强度的预测方程式。张牡丹等^[10]分析了超低温冻融循环后花岗岩的单轴压缩破坏模式,发现破坏模式主要表现为锥形破坏和柱状劈裂破坏。张慧梅等^[11]针对红砂岩和页岩试件,开展了饱水状态下的冻融循环试验,认为冻融循环导致岩石物理力学性能的不可逆劣化。刘杰等^[12]测试了砂岩在预加载损伤和无加载损伤条件下的纵波波速和电阻率,属于无损监测岩样损伤程度的范畴,通过这两个物理参数对劣化度进行分析比较。肖鹏等^[13]基于扫描电子显微镜观测和三轴压缩试验,报道了砂岩质量损失、微观结构和力学特性,建立了冻融与围压耦合作用下岩石的损伤演化方程及细观损伤本构模型,揭示了耦合作用下岩石的损伤机制和破坏规律。Jihwan等^[14]采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和CT扫描技术,探索了冻融循环过程中冻融玄武岩、闪长岩及凝灰岩微观结构的变化。刘红岩等^[15]开展了循环冻融和相似材料试验,对冻融条件下节理岩体的力学特性及损伤破坏机制进行了研究。上述研究结果对于理解岩石在冻融环境下的劣化过程提供了重要的理论基础和科学依据。

近年来,声发射无损测试技术作为研究岩石、混凝土等材料损伤演化过程的重要手段,在冻融循环岩石损伤破坏研究中得到了广泛应用^[16-19]。刘慧等^[20]进行巴西劈裂实时声发射试验,基于累计振铃计数建立损伤变量,从细观层次研究了冻融砂岩抗拉损伤演化过程及损伤特征。Zhang等^[21]探究了不同冻融循环次数对硬石膏损伤机制的影响,研究发现硬石膏样品的主频散度会随冻融循环次数的增加而降低。苏占东等^[22]、Chen等^[23]和宋彦琦等^[24]通过单轴压缩声发射试验分析了经过不同冻融循环次数后花岗岩、砂岩和灰岩试件的声发射特征。当前,基于声发射技术定量分析试验过程中冻融岩石损伤演化规律的相关文献较少。

因此,现开展冻融循环下类岩石试件损伤破坏声发射特性研究,探究冻融循环次数对类岩石材料抗冻性及声发射时域和频域特性的影响,进而探究类岩石试件破坏、内部裂纹活动及损伤演化过程,以期揭示冻融对岩石破坏模式的控制机理,为寒区岩土工程的设计、施工和安全运营提供理论依据。

1 试验概况

1.1 试验系统

试件冻融循环处理采用的是AHL-800DG高低温试验箱,如图1(b)所示。该设备可自行对冻融循环次数及冻融循环温度区间进行设置,温度范围为 -75~80 ℃,温度偏差在±2 ℃,温度波动度在 ±1 ℃。单轴压缩试验使用的是ZYSS-2000型微控电液伺服压力机[图1(c)],可以实现施加 2 000 kN 最大轴向荷载,可以实现位移控制和应力控制2种加载方式。声发射监测设备采用DS5-16B全信息声发射信号分析仪[图1(d)],配备有16位A/D转换器,16个通道可以独立同步采集波形数据。XL2118A静态电阻应变仪,配备有高精度 24位 A/D转换器,应变模块测量范围ε=-19 999~38 000。

1.2 试样制备

考虑到寒区岩体在冻融循环影响下会产生不同程度的损伤,采集未遭受冻融影响的完整新鲜岩石较为困难。同时,为规避天然岩体非均质性对试验结果的干扰,实现对材料参数的精确控制,选用均质性强、可重复性好的商用高强水泥砂浆材料,制备类岩石试样,尺寸为Φ50 mm×100 mm。通过该系列试样开展冻融循环次数对类岩石材料抗冻性及损伤破坏影响的试验研究。

在组装好的塑料模具内壁以及底面均匀涂抹脱模剂,将高强水泥砂浆和水按质量比4∶1的比例混合并搅拌均匀,浇筑至实验模具中,如图2所示。待试样凝固后脱模,集中放在养护箱中养护28 d,使其达到标准强度。对试样端面进行打磨制成标准圆柱,剔除表面平整度不够及整体尺寸不满足要求的试样。对试件进行物理力学测试,获得水泥砂浆材料的基本物理力学参数,表现出了相似于砂岩的力学特性^[25],如表1所示。

1.3 试验方案

将所有水泥砂浆试件放置于蒸馏水中,采用真空饱和度仪进行真空饱和处理,真空压力值控制为0.1 MPa,抽气时间不少于4 h直至试件无气泡冒出,试件真空浸泡24 h。将饱水后的水泥砂浆试件分为4组:D-0、D-40、D-60、D-80,每组3个试件,其余作为备用试件,将试件放于冻融箱内进行冻融处理。

冻融循环温度设置为最低温-25 ℃,冻结4 h,经历1 h的升温至35 ℃,融化4 h,完成一次冻融循环。试验过程中温度变化为匀速缓慢过渡,避免温度骤变对试件造成额外冲击损伤。冻融循环次数设定为 0次、40次、60次、80次4种情况,并分别对应作用于D-0、D-40、D-60、D-80组,试验方案及试件编号如表2所示。

将冻融处理好的试件距上下端部各20 mm位置处粘贴4个声发射传感器,连接声发射仪,进行连接测试。单轴压缩试验,采用位移加载控制方式,加载速度为0.005 mm/s。试验过程中实时采集试件的应力、应变、声发射数据,直至试件发生破坏。

2 抗冻性及破坏特征分析

2.1 冻融循环次数对试件抗冻性的影响

材料抗冻性是指其抵抗冻融破坏的性能,对于工程设计和施工具有重要意义。其直接定量指标为岩石的抗冻系数,通常使用岩样冻融循环后的抗压强度与冻融前的抗压强度之比来表示,即

(1)R_c=$\frac{{\mathit{\sigma }}_{\mathit{c}1}}{{\mathit{\sigma }}_{\mathit{c}0}}$×100%

式(1)中:R_c为岩石的抗冻系数;σ_c0为冻融前岩样抗压强度;σ_c1为冻融后岩样抗压强度。

图3为水泥砂浆类岩石试件在不同冻融循环次数下的峰值强度和抗冻系数变化关系曲线。可以发现,试件抗冻系数会随着冻融循环次数的增加,呈现出显著的下降趋势。在冻融循环次数40次时,抗冻系数的下降幅度相对较小,为5.2%;而当冻融循环60次时,抗冻系数的下降速度明显加快,下降幅度为12.5%;当冻融循环80次时,抗冻系数下降至84.7%,下降幅度为15.3%。抗冻系数反映试件抵抗冻融破坏的能力,其下降说明对应试件抗冻损伤能力衰减。冻融循环会使试件内部损伤不断累积,孔隙水冻融相变产生的膨胀-收缩应力反复作用,破坏试件微观结构完整性,降低其抗冻性能。

峰值强度和抗冻系数变化趋势高度一致,均随冻融次数增加而降低。当冻融循环次数40次时,峰值强度的下降幅度相对较小,为7.1%;而当冻融循环60次时,峰值强度的下降速度明显加快,下降幅度达到14.3%;当冻融循环次数80次时,峰值强度从19.6 MPa下降至16.2 MPa,下降幅度约17.3%。峰值强度依赖于材料结构完整性,而冻融循环作用致使试件内部结构损伤,诱发试件内部孔隙扩展、微裂缝萌生及扩展等,进而导致承载能力逐步衰减,且冻融次数越多,这种劣化效应越显著,体现出冻融环境对水泥砂浆类岩石材料长期稳定性的负向影响作用。

2.2 冻融循环次数对试件破坏特征的影响

图4展示了不同冻融循环次数下,试件正面及背面单轴压缩宏观破坏形态。随着冻融循环次数的增加,试件的压缩损伤破坏逐渐加剧:冻融40次后出现明显纵向开裂与局部剥落;冻融60次后裂纹分支增多、连接成网,伴有碎片及碎块分离;冻融80次后裂纹网络更复杂,试件整体破碎。这一过程清晰显示,随着冻融损伤积累,裂纹扩展路径由简单向复杂演变。

基于表面观测,可见裂纹数量及裂纹总长度随冻融次数增加而增多,同时破坏模式由开裂逐步发展为碎裂与块体剥离。这些现象共同表明,试件破坏后的表观裂纹分布集度与整体破裂程度,与冻融循环次数呈正相关趋势。初期的冻融循环主要导致试件表面产生细微裂缝,随着循环次数的增加,颗粒之间的胶结减弱,裂缝逐渐扩展和增多,内部冻融损伤对材料的耐久性造成显著影响,在长期冻融循环作用下,其强度和稳定性将显著降低,故在设计和施工过程中应充分考虑冻融循环对材料耐久性的影响。

3 声发射时频域特征分析

冻融会使水泥砂浆类岩石试件内部结构发生改变,从而影响试验过程中试件的声发射特征。对冻融循环后试件的单轴压缩声发射时域和频域进行分析。声发射测试中,时域和频域是同一信号的两种表现形式,二者结合可更全面地理解材料内部裂纹活动及损伤演化过程。

3.1 冻融循环次数对声发射时域特征的影响

声发射振铃计数能够量化地描述试验过程中声发射事件的活跃度,其累计可以近似反映出试件内部累计裂纹数量。声发射能量则能评估试验过程中试件内部裂纹活动的强度与规模。因此,对声发射振铃计数和能量两个参数进行研究,从数量和强度两个维度揭示不同冻融循环次数对试件内部损伤的影响机制。表3中统计了不同冻融次数下试件的声发射振铃及能量数据。

未冻融、冻融循环40次、冻融循环60次及冻融循环80次后水泥砂浆类岩石试件单轴压缩试验过程中的声发射振铃计数及振铃累计演化规律,如图5所示。基于振铃累计值的变化特征,将未冻融及不同冻融次数下水泥砂浆类岩石试件的声发射过程划分为初始积累期、持续增长期、陡增期三阶段。

初始积累期,未冻融试件的单次振铃计数多低于50次,声发射活动近乎停滞,“平静”特征显著,仅少量原生孔隙闭合产生微弱信号。冻融之后试件在初始积累期已经开始出现较多的振铃活动,冻融40次试件单次振铃计数脉冲达到200次,信号间隔变短且单次振铃计数脉冲显著高于未冻融试件,该阶段试件内冻融次生裂纹和空隙经历闭合和调整,“平静”程度减弱。持续增长期,振铃累计持续增长,单次振铃计数在50~100次,反映微裂纹开始稳定扩展,但未形成贯通,损伤逐渐积累。该阶段,随着冻融次数的增加,高频振铃计数峰值提高,对应的声发射活动强度提高。快速增长期,试件的声发射信号整体活跃度比前两个阶段提高显著,累计振铃增长速度加快,多次出现高频振铃计数,标志微裂纹快速扩展贯通,损伤集中产生。随着冻融次数增加,该阶段的高频振铃幅度提高,振铃累计由18 790次增至58 030次,呈现显著增加趋势。

综上,随着冻融次数增加,试件内部裂纹扩展的规模和剧烈程度显著增加,试件损伤积累更多,破坏更严重。这是因为,冻结阶段试件内部水分冻结,体积膨胀产生冻胀拉应力,导致胶结强度较弱的矿物晶体颗粒胶结失效,进而引发局部微损伤。而在温度上升阶段,试件内部孔隙及裂隙中的冻结水会逐渐融化,冻胀应力随之释放,水分则在既有裂隙与新生裂隙中迁移。随着冻融循环次数的增加,微裂隙会不断积累增多^[26-27],甚至贯通扩展,试件的完整性进一步降低,导致试件在单轴压缩作用下经典的“弹性储备→损伤积累→集中破坏”力学路径受到影响,使其更早进入“损伤持续释放”状态,最终导致承载能力劣化、破坏模式弥散化。

图6展示了未冻融、冻融循环40次、冻融循环60次及冻融循环80次后水泥砂浆类岩石试件单轴压缩试验过程中的声发射能量演化规律。加载前期,未冻融试件的声发射能量近乎为0,仅偶尔出现零星的低能量事件,冻融次数增加,试件在加载初期便开始产生能量信号,声发射能量累计增长缓慢,材料内部微裂纹活动极其微弱。加载中后期,裂纹活动的规模(数量)进一步增加,单个事件的能量强度也有所增加,高能量事件发生频率明显增加。随着冻融次数的增加,声发射能量出现明显的跃升,高能量密集簇发,能量累计呈现显著增加趋势,岩石内部裂纹活动的强度与规模显著提高。

综上,随着冻融次数增加,声发射能量从加载前期的“低强度、小规模”逐渐转变为“高强度、大规模、高活跃”,累计能量的增长速率也不断加快,清晰地反映出冻融损伤持续增强岩石内部裂纹活动的强度与规模,使岩石破坏前的能量释放从“中后期集中释放”逐渐演变为“初期部分释放,后期快速释放”,破坏的剧烈程度和能量释放规律随冻融循环次数增加而发生显著变化。这印证了冻融损伤持续强化裂纹活动强度与规模,重塑岩石损伤破坏过程中的能量释放规律。

3.2 冻融循环次数对声发射频域特征的影响

为了进一步理解类岩石试件在冻融循环作用下的力学行为和破坏机制,通过快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)将时域信号转换为频域信号,对表征岩石内部损伤演化的两个关键特征参数进行分析,声发射幅值能反映能量释放强度,频率则关联裂纹类型与尺度。

未冻融、冻融循环40次、冻融循环60次及冻融循环80次后类岩石试件单轴压缩试验过程中的声发射峰值频率及振幅随时间的变化特征,如图7所示。可以看出,在不同冻融循环次数下,声发射振幅和峰值频率均分布在一定的范围区间内(30~80 dB,0~300 kHz)。此外,振幅和峰值频率呈现阶段性聚集特征。在加载初期,未冻融试件的声发射幅度分布在较低范围(35~50 dB),峰值频率分布稀疏,无显著集中带,反映了材料以原始孔隙压密为主,能量释放相对微弱。而试件在经历冻融作用之后,出现高于50 dB幅值的点和低频密集带,说明冻融作用产生的次生裂隙网络,在加载初期因裂隙闭合、摩擦等出现了能量释放,声发射活动提前启动。随加载时间增长,试件的声发射振幅有所增加,峰值频率逐渐向高频、中频或者低频密集带过渡,冻融循环试件的频率分区更为明显。加载中后期,声发射振幅整体增加,高幅值点显著增多,峰值频率密集带分区进一步强化。

随着冻融循环次数增加,声发射活动的规模和强度均有所增加,幅度分布呈现V形,即从单峰转变为双峰,且峰值频率逐渐聚集到优势频段,特别是冻融循环次数较多的试件,表现为3个明显的优势频段(0~23 kHz、94~117 kHz、188 kHz)。而未冻融试件的峰值频率覆盖宽域,无显著优势段。分析认为,未冻融试件因内部结构完整,各种尺度、各种机制的破裂事件同时在各处随机发生,峰值频率覆盖宽域,无法形成显著的优势频段,即未冻融试件内部损伤演化是分布式、随机和渐进的。而冻融试件在单轴压缩下的破裂过程不再是从随机点开始,而是主要沿着预先存在的、相对均一的冻融损伤网络进行,使得破裂机制变得相对单一和集中。

4 基于声发射时域参数的损伤演化与宏观劣化关联

破坏瞬间的声发射峰值信号,是冻融循环累积损伤在最终断裂时的集中体现。图8为试件破坏时振铃计数及能量峰值与冻融循环次数的关系。若用N表示冻融循环次数,则用N_C和N_E分别表示破坏时试件的振铃和能量,得到拟合曲线方程。由图8可知,试件在单轴压缩破坏瞬间的声发射振铃计数峰值与冻融次数呈指数增长关系,N_C=22.25e⁰^.⁰⁴⁵^N+618.8,R²=0.994。同时,声发射能量峰值与冻融次数也呈指数增长关系,N_E=600e⁰^.⁰²¹^N+2 049.4,R²=0.976,拟合度均较高。指数关系表明,冻融引入的初始损伤(微裂纹)在单轴压缩荷载下被剧烈激活和放大,试件经历的冻融循环次数越多,初始损伤越严重,裂纹扩展的集中度与猛烈程度呈非线性倍增。

当冻融次数低于40次时,拟合曲线斜率较低;而当冻融达到60次时,拟合曲线斜率显著增加。结合表3中不同冻融次数下试件的振铃及能量数据来看,60次冻融后累计振铃和能量急剧跃升,表明冻融次数存在临界效应,在40~60次冻融区间,试件的冻融损伤存在一个临界阈值,是试件内部损伤从“缓慢累积”到“加速发展”的关键转折,超过该阈值后,试件微破裂活动规模和强度将加速发展。

试件最终失稳时,振铃从656 pcs增至 1 429 pcs,振铃的激增反映了宏观主破裂事件发生瞬间,伴随产生的微破裂(如次生裂纹、碎片剥离)的密集程度和频度快速增加。能量从2 705 mV·ms增至5 179 mV·ms,能量的激增反映了宏观主破裂面(如主裂纹贯穿)形成时能量释放的突发性与强度增加,断裂越剧烈、越突然,材料表现出的脆性越强。与不同冻融次数下试件的单轴压缩破坏特征不谋而合,破坏不再是沿单一主破裂面发生,而是伴随着大量次级裂纹的生成与贯通形成裂隙网络,试件断裂破坏越破碎,越剧烈,越复杂。

值得注意的是,所揭示的“冻融损伤演化存在临界阈值”的规律及其声发射时域参数峰值响应呈指数加速特征,可为工程实践提供重要的原理性指导与方法论借鉴,现场工程岩体在材料、尺度、边界条件及冻融环境上均与室内试件存在差异,其临界阈值必然不同。尽管如此,在寒区岩体工程中,可依据此原理建立长期监测,重点捕捉其活动性参数的“趋势拐点”,评估损伤是否进入加速发展阶段,实现损伤状态的早期预警和干预。

5 结论

(1)试件的峰值强度和抗冻系数均随冻融次数增加而降低。冻融循环次数40次时,峰值强度和抗冻系数的下降幅度相对较小;冻融循环次数超过40次时,下降幅度相对较大。

(2)冻融循环对试件的损伤破坏具有累积效应,在长期冻融循环作用下,其强度和稳定性将显著降低。经受冻融循环次数较多的试件在单轴压缩中破坏更加严重,破坏过程中裂纹扩展路径由简单向复杂演变,同时破坏模式由开裂逐步发展为粉化与碎裂掉块。

(3)声发射信号整体活跃度随着冻融次数增加而显著增加,振铃及能量均呈现增加趋势,试件内部累计裂纹数量、裂纹活动强度与规模显著增加,试件损伤积累更多。冻融作用会使试件更早进入“损伤持续释放”状态,最终导致承载能力劣化、破坏模式弥散化。

(4)随着冻融循环次数增加,声发射活动的规模和强度均有所增加,幅度分布呈现V形,即从单峰转变为双峰,峰值频率随着冻融循环次数的增加,逐渐向优势频段过渡。未冻融试件因内部结构完整,峰值频率覆盖宽域,无显著优势段。

(5)随着冻融次数增加,试件破坏瞬间的声发射振铃计数及能量均呈指数增长趋势,在40~60次冻融区间,试件的冻融损伤存在一个临界阈值,是试件内部损伤从“缓慢累积”到“加速发展”的关键转折。

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原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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