基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性

刘洪磊,王培涛,杨天鸿,徐 涛,于庆磊,夏 冬

(1.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳 110819;2.北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;3.东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室,辽宁沈阳 110819;4.华北理工大学矿业工程学院,河北唐山 063009)



基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性

刘洪磊1,3,王培涛1,2,杨天鸿1,3,徐 涛1,3,于庆磊1,3,夏 冬4

(1.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳 110819;2.北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;3.东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室,辽宁沈阳 110819;4.华北理工大学矿业工程学院,河北唐山 063009)

摘 要:结合花岗岩单轴压缩下声发射特性室内试验,采用颗粒流数值模拟试验,对加载过程中声发射特性进行了监测,探讨了单轴压缩下的荷载大小与声发射累积数的变化关系,分析了峰值强度前割线模量的变化规律。研究结果发现:加载过程中,试件内部最早出现剪切裂纹,随着颗粒单元内部应力增加,逐渐出现拉伸裂纹;单轴压缩不同荷载阶段对应了4个不同的声发射释放阶段,峰值强度后期出现大量振铃,且累积数较峰值强度前的累积数高;试件的弹性模量变化幅度随模拟时间步增大而逐渐降低,于某特定值浮动。研究成果可为岩石声发射特征研究提供参考。

关键词:单轴压缩;破坏机制;声发射;颗粒流方法

责任编辑:许书阁

刘洪磊,王培涛,杨天鸿,等.基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性[J].煤炭学报,2015,40(8):1790-1795.doi:10.13225/ j.cnki.jccs.2014.1779

随着人类对资源需求量的日益增加,矿山开采深度不断增加,围岩变形、破坏等问题日益突出,开展岩石力学特性研究,分析岩石破坏机理,具有重要的理论研究意义及工程应用价值。随着计算机性能的大幅提高,数值试验手段越来越多地应用到岩石力学研究中。利用数值试验手段可以突破传统岩石力学试验观测难、分析难、重复难等弊端,逐渐成为研究岩石材料常用的手段。Min等[1]利用UDEC方法衡量岩石的变形性质,并就裂隙岩体等效柔度张量问题进行了阐述。陈卫忠等[2]应用有限元方法研究了岩石的变形模量、单轴抗压强度的尺寸效应。朱万成等[3]基于RFPA2D方法确定了节理岩石材料表征单元体特征。

由于本构关系的限制,传统的有限元方法主要从分析材料表观性状入手,忽略了微细结构的环节,因此在深入解释力学现象上仍存在一定不足。离散元方法引入了微细级别的结构参数,能够反映材料微细结构特征,在理论上比纯宏观本构模型前进了一步。通过研究岩石细观结构变化和各种状态的变化规律,建立具有微细结构变化特征的关系,可为岩体宏观理论提供重要的依据,有利于深入认识岩体的力学行为和工程现象的本质。颗粒流方法(PFC2D)作为离散元的一种,以刚性圆盘为分析对象,从颗粒单元力学行为分析整体结构的力学特征和响应,可以应用到大应变、破裂扩展及单元流动等问题,在岩土工程方面的适宜性及可靠性得到了认同[4-8]。应用颗粒流方法面临的首要问题是标定岩石材料的细观力学参数,主要包括颗粒体力学参数、几何参数和接触力学参数。关于颗粒流方法宏细观参数之间的匹配关系,国内外进行了系统深入地研究。Wang等[9]进行了双轴压缩试验,得出若干组不同围压下岩石的应力应变曲线,并与室内试验结果进行了拟合,标定了岩石材料的细观参数。Cho等[10]利用组合颗粒簇,通过赋予黏结强度、法/切向刚度等细观参数,从应力-应变曲线的形态和非线性破坏模式两方面与试验室结果进行对比,发现这种建模方式可以显著地提高二者的联系。基于PFC2D方法,周瑜等学者[11]根据矩张量理论建立细观尺度上岩石声发射模拟方法,就岩石内部裂纹扩展规律进行了分析,并就颗粒流离散元方法研究岩石声发射规律的有效性进行了阐述。

声发射监测技术目前得到国内外学者的广泛关注。尤其在室内试验方面,学者在煤岩[12-14]、闪长岩[15]、大理岩[16-17]、花岗岩[18]等方面开展了大量研究,得到了诸多有益的结论。由于室内试验条件和水平的限制,很难对岩石单轴加载破坏全过程的声发射特性进行监测,因为往往岩石破坏失去承载力后,压力机即停止工作,亦或有时岩石局部破坏即可能导致声发射探头失效。以上种种客观因素限制,使得结合数值模拟进行声发射规律研究成为了必要手段。

本文以花岗岩石材料为研究对象,结合声发射监测技术,开展单轴压缩条件下岩石试样的力学特性研究;应用颗粒流离散元PFC2D方法,从室内试验和数值模拟两方面对岩石在荷载作用下的声发射变化规律进行分析,对试件破坏模式、声发射与荷载变化关系及弹性模量变化规律进行讨论,结果将对深入认识花岗岩的力学特征提供参考。

1 花岗岩材料宏细观参数标定

1.1 室内单轴压缩及声发射测试

加工标准花岗岩圆柱试件(ϕ50 mm×100 mm)进行单轴压缩试验,同时监测加载过程中试件的声发射特性,基本原理如图1所示:分别于岩石试件上部、下部各布置4个传感器,传感器与岩石接触部位涂黄油作为耦合剂,由橡胶带固定(橡胶带较宽松,仅用于固定声发射探头)。

图1　岩石荷载作用下声发射监测示意Fig.1 Schematic diagram of AE monitering system

加载系统采用杭州邦威机电控制工程有限公司生产的YAG-3000微机控制岩石刚度试验机,其可进行单轴加载、巴西劈裂、直剪及双向加载试验。采用高刚度负荷伺服阈,整机刚度大于3 GN/ m,最大轴向压力3 000 kN。声发射监测采用美国物理声学公司(PAC)生产的SH-II多通道超声波采集处理系统。该设备主要包括PCI-2主机、Nano30型传感器(响应频率范围为125~750 kHz)、1220A-AST型前置放大器。放大器增益选择40 dB。应用AEwin声发射软件,分析声发射事件的发生时间、能量等。

1.2 细观参数标定

本文采用接触键模型contact bonded model (CBM)[19]开展岩石力学特性研究,模型力学原理如图2所示。颗粒单元通过点接触进行黏结,接触键中的法向、切向黏结强度决定两个颗粒间是否发生断裂;颗粒间摩擦属性在接触键存在时处于未激活状态;当颗粒间接触断裂后,颗粒间摩擦激活,依靠摩擦阻力控制颗粒单元之后的运动状况。

图2　接触键模型BPM力-位移本构关系[20]Fig.2 Constitutive behavior for a bonded particlepoint contact[20]

图3为岩石单轴压缩示意。其中,模型底部固定,控制顶部压墙速度(vp)进行位移控制加载。

图3　岩石数值模型及加载示意Fig.3 Numerical specimen and schematic diagram for uniaxial loading

标定离散元PFC细观参数的过程是:以岩石常规单轴压缩应力-应变数值模拟曲线和室内试验曲线吻合为PFC细观参数标定的准则,基本过程是不断调整颗粒法向、切向接触刚度,同时控制其峰值强度在一定的范围内,使颗粒流的细观数值模拟得到的结果逼近材料的宏观力学响应,从而确保构建的颗粒流CBM模型能够反映花岗岩材料的宏观物理力学行为。细观单元力学参数间虽相互独立,而又同时影响着试件的某种宏观力学响应,比如材料强度有关的细观参数有接触刚度、黏结强度和摩擦因数,同时变化这些参数得到宏观强度变化规律是非常困难的,目前尚无有效的解决方法。因此,得到期望的物理模型,选择颗粒细观结构、力学参数与物理模型的宏观力学参数相匹配的过程是非常复杂而又困难的,这个过程需要大量的试错过程。

根据室内试验结果,花岗岩试样的峰值强度为132.3 MPa,弹性模量约为12.0 GPa。通过对刚度、强度等参数进行大量的细观参数调试和标定,结合应力-应变曲线(图4)拟合,得到的适用于该花岗岩试件的颗粒流细观力学参数见表1,其中,岩石的弹性模量受颗粒接触刚度影响明显;在CBM模型中,岩石的峰值强度与颗粒间的法向、切向连接强度及颗粒间的摩擦因数有关;声发射释放受颗粒间连接强度的均值、方差影响明显。

图4　室内试验及数值试验应力-应变曲线对比Fig.4 Comparison of complete stress-strain curve betweenexperiment and simulation

表1　数值试验CBM模型细观力学参数Table 1 Micro parameters for contact bonded model (CBM) in the uniaxial compression test

2 结果与分析

2.1 颗粒流模型声发射及破坏模式

从细观角度来讲,材料失稳破坏是由微观裂缝连通进一步导致宏观裂纹贯通引起的。一个声发射事件(AE)本质是岩石内部的一个损伤发生,是岩石内部破坏的一个外在表现之一。不同于室内声发射试验,颗粒流上模拟的一个声发射事件实际是颗粒间接触发生一次断裂。在接触键模型中,颗粒间强度由法向接触强度和切向接触强度确定,当压缩过程中,法向应力高于法向接触强度后,模型间接触发生断裂,产生拉伸破坏事件;同理,当切向应力高于切向接触强度时,发生剪切破坏事件。因此,该方法能够区分剪切、拉伸所引起的破坏事件,可弥补目前室内声发射试验无法区分剪切、拉伸破坏的不足。图5为室内试验与数值模拟得到试样破坏模式。图5(a)为数值模拟得到的试件宏观破坏模式,模型为典型的剪切破坏,对比室内试验结果,如图5(b)所示,两者均表现为呈现剪切破坏,破坏模式基本一致。

图5　破坏模式数值结果与室内试件对比Fig.5 Observed main crack in numerical and experimental tests

不同加载阶段试件内部破坏事件离散元分析结果如图6所示。图中,红色代表由颗粒间剪切应力造成的破坏,蓝色代表颗粒间拉伸引起的破坏。分析结果发现,在荷载加载到一定阶段时(阶段A~B),试件内部最早出现剪切破坏,且破坏事件随机产生;随着颗粒单元内部应力不断增加,剪切破坏数目不断增加,且呈现一定的贯通方向性(阶段C~D);随着加载继续,贯通面附近逐渐出现少许拉伸破坏事件,试件内部剪切破坏基本不再产生,而主要为拉伸破坏,对应阶段E~I;最终,模型沿剪切面破坏,并在剪出口附近出现大量拉伸破坏事件(阶段J);对比图5(a)模拟破坏结果,模型右侧破裂面贯通处出现剥落,对应破坏类型为拉伸破坏。

总体上裂纹的扩展主要表现为微破坏的产生、连通、汇集最终形成宏观断裂面。值得指出的是,在数值试验中发现,断裂面并未在试件达到峰值强度时产生,而是在峰后随着荷载继续增加,材料劣化累积至一定程度时产生的,此时材料的宏观应变属于颗粒单元间的细观接触变形的宏观响应。

2.2 声发射与应力关系

目前,从声发射-应变(时间)的角度分析声发射特性的研究较为常见,然而荷载是导致材料变形破坏的外因,是主动因素,应变、声发射是荷载作用下被动产生的力学特性。纪洪广等学者[21]在研究砚北煤矿冲击地压事件时发现,冲击地压发生前,声发射和压力都呈现出一定的规律,二者存在一定的耦合关系,但尚未就定量关系进行分析。研究声发射与荷载之间的变化规律更能揭示声发射的潜在力学本质,也可对现场冲击地压等工程问题给予指导。

在离散元模型中,声发射数目与模型内部接触键总数有关。为了便于与室内试验比较,本文应用归一化的振铃计数进行对比(图7)。对比发现,室内试验与数值试验得到的振铃计数趋势大致相同:当荷载达95~105 MPa时,振铃率与颗粒流模型内部微损伤数目均呈加快趋势,即当载荷达到峰值强度的72%~80%时,声发射加速释放,与室内试验监测结果吻合。结果也进一步表明颗粒流模型在表征花岗岩的声发射特性方面是可靠的。

图6　模拟声发射事件演化过程Fig.6 Successive development of the sourceregions of AE events

图7　室内试验与数值试验振铃计数对比Fig.7 AE counts of numerical and experimental test

由于室内试验设备等客观条件限制,岩石试件出现宏观破断面后,传感器与岩石界面发生错动、分离,无法有效地继续监测声发射特性,因而难以监测到整个过程的荷载与声发射响应关系。离散元数值方法可以全程监测该过程,图8为基于颗粒流离散元方法研究的加载过程中荷载-振铃数变化曲线。可将整个过程分为4个阶段:OA—AB—BC—CD。

图8　荷载下振铃事件率及累积数全过程数值结果Fig.8 Complete behavior of the total AE events andaccumulative counts with stress

低速率线性释放阶段OA:该阶段为应力增加阶段,振铃累积数随着荷载升高呈近线性平缓增加,此时模型内部裂纹随机出现;指数型释放阶段AB:该阶段,振铃数随着荷载的增大呈指数急剧增加,试件内部破坏急剧产生,逐渐出现一定的贯通趋向性;高速率近线性释放阶段BC:随着加载过程继续进行,岩石试件承载能力下降,振铃数(试件内部损伤)仍不断产生,呈近线性增长趋势,增长速率较OA阶段高,材料内部损伤不断累积;低速率近线性释放阶段CD:振铃累计数增加速率降低并最终趋于稳定,岩石试件已产生宏观断裂,试件整体不再承载。

以上4个阶段表明,在试件达到峰值强度后,随着加载继续进行,声发射事件仍大量产生,对应B—C—D段,峰值强度后期产生声发射事件累积数超过峰前声发射事件累积数(对应O—A—B段),约为3.5倍。

2.3 弹性模量与声发射关系

从严格意义来说,岩石材料的绝对弹性阶段是不存在的。因为在加载过程中,材料内部一直伴随着晶格断裂、裂隙闭合、孔隙塌陷等过程,因此,弹性模量是个相对概念,不同加载阶段弹性模量值是个波动值。

声发射事件表征了试样内部的破坏问题,理论上来讲,声发射释放越多,其抵抗变形能力理论上应越来越低,即弹性模量不断降低。而试验中往往出现二次甚至多次承载的现象,表明声发射释放过程中,弹性模量也是波动变化的。

单轴压缩数值试验采用位移控制加载方式,因此,不同时步也同时表征了不同的试件变形(应变)条件。一般的,时步越小,弹性模量更接近当前试件的抵抗变形能力,时步越大,弹性模量更接近模型的平均抵抗变形能力。为了研究模型在破坏发展阶段(不同声发射发生率)中弹性模量的波动规律,对不同时步下弹性模量-声发射发生率进行研究,本文取峰值强度前(峰值强度前的弹性模量是有效的)不同时间步下的割线模量En为研究对象,计算方法如式(2)所示。每隔k时步作为割线两端点,选取应力σ、应变ε进行计算,所得斜率即为割线模量En。

时步间隔k分别取100,300,1 000,2 000,5 000,所得割线模量En随声发射变化规律如图9所示。

图9　割线模量En与声发射发生总数比率关系Fig.9 Relations of elastic modulus and ratio of AE events

观察图9可知,小时步间隔(如k = 100,300)情况下,弹性模量波动剧烈,大时步间隔(如k=2 000, 3 000)情况下,弹性模量波动相对平缓。以时步间隔k=300为例:在声发射发生初期,随着试件内部损伤增加,试件的割线模量均明显降低,出现明显突降点;随着声发射继续增加,割线模量波动变化,在12 GPa上下波动。当时步的间隔为5 000时,初始阶段,试件割线模量先增高,之后逐渐趋于稳定,在声发射发生率分别为17%,39%,66%及85%时出现明显突变点,较k=300时的弹性模量变化幅度小。因此,可以初步得出结论:时步间隔越小,计算得到的割线模量浮动幅度越大,间隔越大,得到割线模量浮动越小;不同时步间隔工况下弹性模量值均趋于12 GPa。

3 结 论

(1)岩石在单轴压缩过程中,首先出现剪切破坏事件,随着荷载继续进行,剪破坏逐渐贯通成带时,逐渐出现拉破坏事件,且拉破坏事件主要集中在剪切带附近;荷载后期破坏事件以拉破坏为主。

(2)荷载是导致声发射事件产生的主动因素。研究发现,不同荷载阶段对应4种不同的声发射(试件内部损伤)释放阶段:低速率线性释放阶段-指数型释放阶段-高速率近线性释放阶段-低速率近线性释放阶段;峰值强度后期声发射事件累积数较峰值前期累积数高,值约为3.5倍。

(3)对比了不同时步间隔的弹性模量-声发射比率变化规律,发现:随着声发射事件增加,弹性模量逐渐减小并趋于稳定;选取的时步间隔越小,试件割线模量浮动幅度越大,而间隔越大,割线模量浮动幅度越小;不同时步间隔下试件的弹性模量浮动范围均趋于12 GPa。

参考文献:

[1]Min K B,Jing L.Numerical determination of the equivalent elastic compliance tensor for fractured rock masses using the distinct element method[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2003,40(6):795-816.

[2]陈卫忠,杨建平,邹喜德,等.裂隙岩体宏观力学参数研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(8):1569-1575.

Chen Weizhong,Yang Jianping,Zou Xide,et al.Research on macromechanical parameters of fractured rock masses[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2008,27(8):1569-1575.

[3]朱万成,张敏思,张洪训,等.节理岩体表征单元体尺寸确定的数值模拟[J].岩土工程学报,2013,35(6):1121-1127.

Zhu Wancheng,Zhang Minsi,Zhang Hongxun,et al.Numerical simulation for determining thesizeof representative element volume ( REV) of jointed rock mass [J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2013,35(6):1121-1127.

[4]Cundall P A,Strack O D.A discrete numerical model for granular assemblies[J].Geotechnique,1979,29(1):47-65.

[5]Hazzard J F,Young R P.Simulation acoustic emissions in bondedparticle models of rock[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2000,37:867-872.

[6]Funatsu T,Shimizu N.Numerical simulation of crack propagation in rock by clumped particle model[A].Harmonising Rock Engineering and the Environment[C].2012:387-390.

[7]周 喻,吴顺川,王 莉,等.等效岩体技术在断续双节理岩石试件破裂机制细观分析中的应用[J].岩土力学,2013,34(10): 2801-2809.

Zhou Yu,Wu Shunchuan,Wang Li,et al.Application of equivalent rock mass technique to mesoscopic analysis of fracture mechanism of rock specimen containing two intermittent joint [J].Rock and Soil Mechanics,2013,34(10):2801-2809.

[8]Backstrom A,Antikainen J,Backers T,et al.Numerical modelling of uniaxial compressive failure of granite with and without saline porewater[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2008,45:1126-1142.

[9]Wang C,Tannant D D,Lilly P A.Numerical analysis of the stability of heavily jointed rock slopes using PFC2D[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2003,40:415-424.

[10]Cho N,Martin C D,Sego D C.A clumped particle model for rock [J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2007,44:997-1010.

[11]周 喻,吴顺川,许学良,等.岩石破裂过程中声发射特性的颗粒流分析[J].岩石力学与工程学报,2013,32(5):951-959.

Zhou Yu,Wu Shunchuan,Xu Xueliang,et al.Particle flow analysis of acoustic emission characteristics during rock failure process[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, 32(5):951-959.

[12]张泽天,刘建锋,王 璐,等.煤的直接拉伸力学特性及声发射特征试验研究[J].煤炭学报,2013,38(6):960-965.

Zhang Zetian,Liu Jianfeng,Wang Lu,et al.Mechanical properties and acoustic emission characteristics of coal under direct tensile loading conditions [J].Journal of China Coal Society, 2013, 38(6):960-965.

[13]何 俊,潘结南,王安虎.三轴循环加卸载作用下煤样的声发射特征[J].煤炭学报,2014,39(1):84-90.

He Jun,Pan Jienan,Wang Anhu.Acoustic emission characteristics of coal specimen under triaxial cyclic loading and unloading[J].Journal of China Coal Society,2014,39(1):84-90.

[14]孟 磊,王宏伟,李学华,等.含瓦斯煤破裂过程中声发射行为特性的研究[J].煤炭学报,2014,39(2):377-383.

Meng Lei,Wang Hongwei,Li Xuehua,et al.Investigation on acoustic emission characteristics in failure process of coal absorbed methane[J].Journal of China Coal Society,2014,39(2):377-383.

[15]夏 冬,杨天鸿,王培涛,等.干燥及饱和岩石循环加卸载过程中声发射特征试验研究[J].煤炭学报,2014,39(7):1243 -1247.

Xia Dong,Yang Tianhong,Wang Peitao,et al.Experimental study of acoustic emission characteristics of dry and saturated rocks during cyclic loading and unloading process [J].Journal of China Coal Society,2014,39(7):1243-1247.

[16]张宁博,齐庆新,欧阳振华,等.不同应力路径下大理岩声发射特性试验研究[J].煤炭学报,2014,39(2):389-394.

Zhang Ningbo,Qi Qingxin,Ouyang Zhenhua,et al.Experimental on acoustic emission characteristics of marble with different stress paths[J].Journal of China Coal Society,2014,39(2):389-394.

[17]徐子杰,齐庆新,李宏艳,等.不同应力水平下大理石蠕变损伤声发射特性[J].煤炭学报,2014,39(S1):70-74.

Xu Zijie,Qi Qingxin,Li Hongyan,et al.Marble creep damage and acoustic emission characteristics under different stress levels[J].Journal of China Coal Society,2014,39(S1):70-74.

[18]武晋文,赵阳升,万志军,等.高温均匀压力花岗岩热破裂声发射特性实验研究[J].煤炭学报,2012,37(7):1111-1117.

Wu Jingwen, Zhao Yangsheng, Wan Zhijun, et al.Experimental study of acoustic emission of granite due to thermal cracking under high temperature and isostatic stress[J].Journal of China Coal Society,2014,37(7):1111-1117.

[19]Potyondy D O,Cundall P A.A bonded-partical model for rock[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2004,41:1329-1364.

[20]Itasca Consulting Group,Inc.Particle flow code in 2-dimensions: Command reference version 3.1[M].Minneapolis,2004.

[21]纪洪广,穆楠楠,张月征.冲击地压事件AE与压力耦合前兆特征分析[J].煤炭学报,2013,38(S1):1-5.

Ji Hongguang,Mu Nannan,Zhang Yuezheng.Analysis on precursory characteristics of coupled acoustic emission and pressure for rock burst events [J].Journal of China Coal Society,2013,38 (S1):1-5.

Liu Honglei,Wang Peitao,Yang Tianhong,et al.Mechanical characteristics of granite under uniaxial compressive and AE monitoring test using particle flow code[J].Journal of China Coal Society,2015,40(8):1790-1795.doi:10.13225/ j.cnki.jccs.2014.1779

Mechanical characteristics of granite under uniaxial compressive and AE monitoring test using particle flow code

LIU Hong-lei1,3,WANG Pei-tao1,2,YANG Tian-hong1,3,XU Tao1,3,YU Qing-lei1,3,XIA Dong4

(1.School of Resources & Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819,China;2.School of Civil and Environment Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;3.Key Laboratory of Ministry of Education on Safe Mining of Deep Metal Mines,Northeastern University,Shenyang 110819,China;4.College of Mining Engineering,North China University of Science & Technology,Tangshan 063009,China)

Abstract:On the basis of the acoustic emission under uniaxial compression on granite,the meso-mechanical properties and influence of damage on elastic modulus of intact rock were simulated using particle flow code.Results from numerical simulations using DEM code were presented,and compared with experimental results.The relationship between the accumulated number of AE events and uniaxial stress was also studied.Moreover,the variation of secant modulus was analyzed before the pre-peak strength stage.The study results indicate that shear crack initiated before tensile cracks with the increase of uniaxial loading stress.Four stages of AE events existed during the complete compression process and the accumulated number of AE events after peak strength was much larger than that of the number before peak strength.The larger the time-step in the numerical test was,the smaller of the variation of elastic modulus in pre-peak loading stage became.All the elastic moduli tended to fluctuantly stabilize to a certain value.The results can be utilized as a new approach in AE test.

Key words:uniaxial compression;failure mechanism;acoustic emission;particle flow code (PFC2D)

通讯作者:王培涛(1987—),男,河北沧州人,博士研究生。E-mail:peitaowpt@163.com

作者简介:刘洪磊(1981—)男,山东枣庄人,讲师。E-mail:lhl811215@ 163.com。

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51174045,51034001);中央高校基本科研业务费资助项目(N13011005)

收稿日期:2014-12-23

中图分类号:TD315

文献标志码:A

文章编号:0253-9993(2015)08-1790-06