纤维增强材料的散斑干涉测量：分形几何方法，学习翻译

纤维增强材料的散斑干涉测量：分形几何方法

J.M. HortaaVM 卡斯塔诺

• 摘要• 在经受弯曲载荷的纤维改性的基于波特兰水泥的微混凝土梁模型上进行斑点研究。通过使用数字图像处理技术，根据其相关的质量分形维数分析所得的散斑场。实验表明，散斑场的分形维数的变化是微混凝土梁的载荷和结构的函数。还对梁的自由阻尼频率进行了研究，这允许在每个加载循环上绘制分形维数与频率图。这些结果可以预见使用分形几何作为更好地理解结构力学行为的有希望的工具。

实验目的

• 纤维增强微混凝土是按照专利程序生产的[8]。按表1所列比例混合了二类波特兰水泥（墨西哥托尔泰卡品牌）、短聚丙烯纤维和硅砂（体外）。在那里观察到了两种类型的样品，一个系列三个样品，被制造出来。其中一组

结果和讨论• 图3显示了典型的弯曲应力强度图。

• 制备了两种复合材料（fp和pp）。在那里观察到，纤维的使用不仅改变了曲线的模量，而且如预期的那样增加了应力-应变曲线下的面积。这表明，从标准的机械试验的角度来看，两组试样的性能不同。

对机械反应的更详细分析这些系统可以在图4中观察到，其中包含用加速度计得到的共振频率。

结果表明，纤维是一种阻尼剂，主要吸收动力响应中的高频成分

对于机械特性的光学分析，图5A至5e，为pp得到的散斑场

样本显示，作为一个例子，因为fp样本的模式看起来相似。相应的分形维数d以及特征频率也在图5中的集合中显示。随着加载条件的变化，散斑的分形维数存在着差异，这一点非常重要。作为一种普遍趋势，载荷

越大，与干涉图案相关的质量分形维数越高。

但是，一旦进行分形分析，就会产生不同的载荷和纤维的影响。图6A和6B的系列显示了一个典型的结果，即分别计算了pp样本的散斑像素数和圆半径，以及相应的理查森图。图7A和7B分别用实线显示了分形维数d的演化过程，作为力学荷载的函

数。

堆石混凝土劈裂抗拉破坏过程中声发射特征分析

摘 要：

【目的】通过研究堆石混凝土(RFC)和自密实混凝土(SCC)在劈裂抗拉破坏过程中产生的声发射信号，并进一步确定最终的裂缝形态，有助于深入了解RFC和SCC的劈裂破坏特征，从而确保结构的可靠性和安全性。【方法】制作了边长为600 mm的RFC和SCC立方体试件，研究了RFC和SCC在劈裂抗拉破坏过程中声发射参数(振铃计数和累计振铃计数)与位移荷载曲线的关系；利用声发射信号的统计方法(RA和AF)分析确定了RFC和SCC裂纹演化特征；基于RA-AF值的混合高斯模型(GMM)辨识了劈裂抗拉破坏过程中RFC和SCC的开裂模式(拉伸型开裂或剪切型开裂)。【结果】结果显示：在劈裂破坏过程中，RFC声发射振铃计数分布不均，呈现分段式变化特点，累计振铃计数呈现明显阶梯状上升，SCC声发射振铃计数分布均匀，累计振铃计数平缓上升；RFC和SCC的拉伸型裂纹区域对应RA-AF数据点向AF轴靠拢，剪切型裂纹区域对应RA-AF数据点向RA轴靠拢，均表现出明显的原点集中现象。【结论】结果表明：(1)RFC和SCC劈裂抗拉破坏强度分别为其立方体抗压强度的0.065、0.067;(2)在劈裂抗拉破坏过程中，RFC的破坏模式以拉伸型开裂为主，占89.4%,SCC以剪切型开裂主，占53.6%;(3)利用GMM方法，通过概率密度估计能对裂纹的分类特点进行更精确的捕捉。

关键词：

堆石混凝土;自密实混凝土;劈裂抗拉;声发射;RA-AF;GMM;力学性能;变形;

作者简介：

罗滔(1987—),男，副教授，博士，研究方向为堆石混凝土。

*张天祺(1990—),男，讲师，博士，研究方向为寒区堆石混凝土耐久性。

基金：

国家自然科学基金青年基金项目(51909223);

国家自然科学基金重点项目(52039005);

陕西省青年科技新星项目(2022KJXX-85);

清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室开放基金项目(sklhse-2023-C-04);

引用：

罗滔, 黄陈霖, 张天祺, 等. 堆石混凝土劈裂抗拉破坏过程中声发射特征分析[J]. 水利水电技术(中英文), 2024, 55(1): 40⁃ 50.

LUO Tao, HUANG Chenlin, ZHANG Tianqi, et al. Analysis of acoustic emission characteristics during the splitting tensile failure process of rock filled concrete[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2024, 55(1): 40⁃ 50.

0 引 言

堆石混凝土(Rock Filled Concrete, RFC)是将高流动性和填充性能较好的自密实混凝土(Self-compacting Concrete, SCC)倒入预先堆叠好的较大粒径块石之间，使其充分填充并包裹块石，最终形成一个紧密结合的混凝土堆石体。堆石混凝土大坝是一种以堆石混凝土技术为基础建造的创新型水坝。截至2023年8月底，堆石混凝土系列技术已累计在240余座工程中应用，如北京冬奥运会1 050 m高程塘坝、贵州省洛艾水库(重力坝)、福建永丰水库(拱坝)。目前关于RFC和SCC力学性能的研究主要集中于小尺寸抗压性能、抗剪性能等方面，关于大尺寸(600 mm)RFC和SCC劈裂抗拉性能的研究相对较少，特别是在大坝混凝土结构中，坝体长期处于水压力作用下，由于抗拉性能差可能导致水分和有害物质渗入混凝土内部，从而加速混凝土结构的老化和破坏,因此开展大尺寸RFC和SCC劈裂抗拉破坏特征的研究具有重要意义。

无损检测技术常应用于混凝土破坏过程中损伤的监测。目前无损检测技术主要包括：(1)声发射技术，通过捕捉混凝土内部微小裂纹产生的声波信号来监测结构内部的损伤情况，这可以帮助识别裂纹的形成和扩展，提前预警结构可能出现的问题；(2)数字图像技术(DIC),通过数字散斑图像确定试件变形前后位移；(3)电阻率监测，通过测量混凝土中电阻率的变化来检测其湿度、盐分渗透、损伤等情况。声发射(Acoustic Emission, AE)是指材料受到力的作用产生变形或断裂，材料中的局域区域以短暂的弹性振动快速释放应变能的现象,可用于定性及定量表征不同裂缝扩展阶段混凝土的破坏特征。AE技术常被用于实时动态监测混凝土抗压、抗拉、抗剪破坏过程中内部损伤及裂缝开展情况。AHMED等发现声发射参数包括信号特征(信号幅度)、声发射命中次数和累积信号强度(CSS)在检测混凝土破坏前的微观和宏观开裂这两个早期损伤阶段时是有用的。胡伟华等利用声发射技术探究混凝土劈拉过程，发现混凝土加载前期产生的声发射信号较微弱，能量信号会在材料达到峰值应力时突然急剧上升，混凝土劈拉破坏的特性可以通过采集声发射数据得到真实反映。李京军等对经过冻融循环的自密实轻骨料混凝土进行了单轴压缩声发射特性的研究，研究结果表明随着冻融次数的增加，峰后破坏阶段的应力-应变曲线更加完整，峰值应力呈现明显的特征。冻融作用后，试件在轴向压力下经历了拉伸裂缝与剪切裂缝之间的交替转化，最终导致主要裂缝的形成，引发破坏。黄兴震等研究了普通混凝土和高强混凝土的断裂特性，采用电子散斑干涉(ESPI)计数和数字图像相关技术(DIC)对带有预制裂缝的三点弯曲混凝土梁进行测量，从试验裂缝张开位移(COD)曲线确定裂缝扩展长度，两种混凝土的裂缝扩展长度与韧带高度之比分别为1∶4和1∶3。LIU等利用DIC技术监测了混凝土裂纹的分布和发展，并证明了DIC方法在压缩试验中用于应变测量的有效性。ZENG等[14]在研究混凝土的电阻率与抗压损伤之间的关系时，发现随着加载过程的进行，混凝土的电阻率一开始减小，然后逐渐增大，这种变化趋势与混凝土内部损伤的演化过程密切相关。

为了进一步利用声发射技术探索混凝土破坏过程中的裂缝类型，OHNO等、FINCK等和AGGELIS等通过声发射参数(RA和AF)分析混凝土破坏过程中的裂缝并将其划分为拉伸型裂纹和剪切型裂纹。平均频率RA和AF分析是AE分析方法之一，可用于鉴定不同类型的裂缝以及裂纹数量。该方法根据JCMS-III B5706规范,利用AE特征参数对裂缝类型进行分类，并已广泛应用于混凝土结构裂缝的分类。RA-AF分析根据经验关系对裂纹进行分类,这不可避免地导致对裂纹的分类存在一定的误差。混合高斯模型是另一种可以对裂纹进行分类的方法，通过概率的方法，对声发射试验获得混凝土材料张拉裂纹和剪切裂纹进行了分类，弥补了传统裂纹分类的不足。石振祥等结合声发射的RA-AF特征和高斯混合模型，对橡胶自密实混凝土的裂缝扩展模式进行了探究，结果显示随着橡胶掺量的增加，拉伸断裂声发射事件所占比例增加；研究结果还表明，在特定区域内，伸缩裂缝与剪切裂缝之间的分界并不仅仅是直线，而是在某些情况下共同存在。

现阶段在研究普通混凝土和自密实混凝土(SCC)的力学性能时，采用无损检测技术已取得显著进展，但是将该技术运用到大尺寸RFC和SCC劈裂抗拉的研究仍较少，对大尺寸RFC和SCC裂纹缝扩展模式及其断裂特性的研究尚不足。因此，本文对边长为600 mm的RFC和SCC立方体试件劈裂抗拉破坏过程进行了研究，主要开展3方面的工作：(1)基于声发射振铃计数、累计振铃计数，阐述RFC和SCC在劈裂破坏过程中的区别；(2)通过RA-AF演化特征，获得RFC和SCC不同阶段裂纹演化规律；(3)结合混合高斯模型区分裂纹种类以及开裂特征。深入探究大尺寸RFC和SCC在劈裂抗拉方面的破坏模式，有助于提高工程结构的可靠性和服役性能，为工程设计提供理论依据和参考。

1 原材料和试验方案

1.1 原材料

试验水泥采用P·MH42.5中热硅酸盐水泥，由冀东海德堡(泾阳)水泥有限公司生产。粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰，由陕西正元秦电环保产业有限公司生产。粗骨料为东庄水利枢纽水垫塘二道坝项目部骨料生产系统生产的5～20 mm人工碎石，表观密度2 720 kg/m3。细骨料采用细度模数为2.65的人工砂。堆石为东庄水利枢纽水垫塘二道坝粒径为190～210 mm的灰岩。减水剂采用堆石混凝土专用减水剂(HSNG-T),由北京华石纳固有限公司生产，减水率为27.2%。引气剂是天津鑫永强外加剂公司生产的含气量为5%的YQ-AE引气剂。水采用西安市生活用水。

1.2 试件制备及配合比

为研究RFC与SCC立方体劈裂抗拉破坏过程中的声发射特征，本试验制作2组试件共6块，其尺寸均为600 mm×600 mm×600 mm, 放置在温度20 ℃±2 ℃,相对湿度不低于95%的标准养护室中养护28 d。

表1 为SCC配合比，本研究根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080—2016)[25]和《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T 283—2012)的规范要求，对新拌SCC进行工作性能测试，如表2 所列。需要注意的是浇筑RFC时，需要先铺20 mm厚的SCC,为保证SCC能充分包裹堆石，先放堆石再浇筑SCC,分三层浇筑成型，堆石率为45%。

1.3 试验装置及试验方法

本试验设备包括加载系统、声发射信号采集系统、机械位移装置三个部分，所用的加载设备是YAW-5 000 kN微机控制电液伺服万能试验机，由长春新试验机有限责任公司生产，机械式位移计采用OMEGA公司生产的LD621-50型LVDT机械式位移传感器。加载平台和试件之间中线位置上下放置两根钢制垫条，垫条宽度为20 mm, 高度为35 mm, 长度大于试件边长，试件劈裂面应与加载平台垂直，垫条与试件上、下面的中心线对准，试件劈裂抗拉试验示意及实物如图1 所示。为了观察裂纹发展，在试件表面画上12×12等分的网格，放置3个机械位移计以获得裂缝横向位移。AE系统采用美国物理声学公司(PAC)制造的AEwin系统进行信号采集。前置放大器增益为40 dB,触发门槛为35 dB,传感器个数为6个。高温真空脂作为耦合剂，填补了粗糙表面造成的缝隙，消除传感器与混凝土之间的空气，以确保声发射信号良好传播，以0.5 kN/s的加载速率对试样进行劈裂抗拉试验，直至试样发生破坏，停止加载和数据采集，最后将采集的数据进行分析处理。机械位移计、声发射传感器布置及实物如图2 所示，试验装置布置如图3 所示。

图1 劈裂抗拉试验示意及实物

图2 机械位移计、声发射传感器布置及实物

图3 试验系统布置

2 试验结果与分析

2.1 位移荷载曲线与声发射演化特点

声发射信号处理是后续存储、分析和评价材料声发射信号的基础，是跟踪处理材料声发射信号的依据，混凝土和岩石材料的声发射特征参数分析已得到深入研究。混凝土结构的破坏过程本质上是一个连续的序列，从最初的内在裂隙到微小裂缝的逐步扩展，最终演变成可见的宏观裂缝，通过利用声发射技术监测其过程中释放的能量，能够揭示材料微观结构的破坏机制和内部特性。本文选取了两个常用的声发射特征参数(振铃计数和累计振铃计数)来分析RFC和SCC在劈裂破坏过程中AE特征。对所有立方体试块进行劈裂抗拉强度试验，得到的劈裂抗拉强度及抗压强度如表3 所列。RFC的劈裂抗拉强度为SCC的1.03倍，根据RFC和SCC的标准差和变异系数可知，RFC劈裂抗拉强度的离散性比SCC大。

在RFC和SCC发生变形破坏的过程中，每一条微小裂纹的形成或闭合都会引发声发射信号的产生。图4 表示RFC和SCC位移和声发射参数随着荷载的变化关系，根据位移荷载曲线斜率变化规律，取荷载水平(FN)结合振铃计数变化规律，将RFC和SCC的整个劈裂抗拉试验过程分为三个阶段。

图4 RFC和SCC的振铃计数与累计振铃计数

第Ⅰ阶段：非线性增长阶段(0≤FN≤100 kN),RFC和SCC的位移都呈现出随荷载增加的非线性增长趋势，曲线呈现向下弯曲的形状，RFC的位移曲线下凹程度较为显著。RFC较SCC声发射振铃计数呈现出一种齿状的波动模式，高低不均。这种波动除了受到端部混凝土的应力集中引起的微裂缝或微孔隙闭合应力的影响外，还与SCC和堆石结构胶结部分的薄弱性有关。

第Ⅱ阶段：幂函数增长阶段(100 kN≤FN≤800 kN),RFC和SCC位移荷载曲线均表现出非线性增长趋势。当100 kN≤FN ≤300 kN时，RFC位移随荷载基本保持不变，SCC位移随荷载开始缓慢增加。当FN>300 kN时，RFC位移随荷载开始缓慢增加，这是由于堆石的存在，阻止了裂纹的扩展，因此堆石混凝土位移与荷载曲线增长缓慢。在幂函数增长阶段中RFC声发射振铃计数总体多、出现部分高峰但分布相较于SCC仅仅在部分区域出现密集现象；SCC声发射振铃计数变得频繁且集中。RFC声发射振铃计数出现一部分明显堆积现象，是由于随着荷载的逐渐增加，堆石结构内部会积累大量的弹性应变能，当堆石内部的应力超过微小裂缝开始扩展的临界值时，就会瞬间通过弹性应变波的形式传播出来。在第Ⅱ阶段内，随着荷载的增大，声发射事件将会变得更加频繁，因为内部的微裂纹在扩展时会释放出更多的能量，导致声波信号更为明显和频繁地被捕获。

第Ⅲ阶段：线性快速增长阶段(800 kN≤FN≤1 000 kN),这一阶段也是破坏阶段。RFC和SCC位移随着荷载都呈线性增加，振铃计数表现为多而密的特点，信号强度高，在RFC最终破坏的瞬间声发射振铃计数大幅度上升、累计振铃计数的斜率几乎与位移轴平行。在进入第Ⅲ阶段初期，声发射振铃技术在SCC中显示出高密度且频繁的特点，表现为脆性破坏模式与图5 (d)破坏状态一致，即SCC裂纹走向走向趋于直线，最终的劈裂抗拉强度达到1.863 MPa。相反，直到荷载达到976 kN,RFC的声发射振铃计数才开始呈现高密度且频繁的特征，意味着RFC的破坏模式更倾向于延性破坏，与图5(c)破坏状态一致，即RFC裂纹走向曲折，由于在破坏过程中，堆石还未完全破坏仍起着骨架的作用，最终的劈裂抗拉强度达到1.921 MPa。在第Ⅲ阶段内，随着荷载逐渐增加，RFC和SCC裂纹扩展剧烈，原先闭合的微小裂隙逐渐张开，同时新的微裂隙大量生成，裂纹迅速贯通导致试件破坏。

图5 RFC和SCC的破环状态

2.2 基于高斯混合模型的AF-RA分布特征

RFC和SCC破坏过程中出现的裂纹主要包括拉伸型裂纹和剪切型裂纹。虽然声发射参数(振铃计数和累计振铃计数)能够反映出RFC和SCC破坏过程中阶段性总体演化特点，但是无法反映各阶段的具体演化特征。对此，本文采用RA和AF两个参数分析劈裂抗拉破坏过程中RFC和SCC各阶段裂纹扩展特征，两个参数的计算方法如下

对于拉伸型裂纹，当裂纹扩展时，储存在材料中的弹性能会迅速释放，导致声发射信号波形的变化梯度较大，信号频率较高，此时声发射指标中的AF值会较高，而RA值较低。对于剪切型裂纹，声发射信号的波形变化不会像拉伸型裂纹那样急剧，导致AF值较低，而RA值较高。因此，通过比较AF值和RA值，可以在加载过程中辨识试件的破裂模式，从而更好地洞察其裂纹扩展特性。如图6 所示，许多学者的研究支持了JCMS-ⅢB5706(2003)提出的方法，该方法以对角线作为拉伸型裂纹和剪切型裂纹的分界线。根据这一方法，直线上方的裂纹被认为是拉伸型裂纹，而直线下方的裂纹被归类为剪切型裂纹。

图6 基于RA-AF的裂纹破坏类型分类

鉴于RFC和SCC的RA-AF阈值通常存在差异，因此仅依靠RA-AF演化数据来确定拉伸型和剪切型裂纹的分界线是困难的。高斯模型(Gaussian Mixture Model, 简称GMM)分为单混合高斯模型和混合高斯模型，这是一种在近年来声发射研究领域广泛应用的聚类算法，通过GMM统计不同RA值的特征，以概率分布的方式对裂纹区域进行分割，最后根据高RA值和低AF值对应剪切型裂纹、低RA值和高AF值对应拉伸型裂纹的规律，将两种裂纹区分开来。混合高斯模型公式表示为

式中，u→为D×1的平均向量；∑i为D×D的协方差矩阵。

式中，m为模型个数；αi为混合模型的权重，有∑i=1mα;N(x|ui,∑i)表示第i个单高斯模型密度函数。

本文采用混合高斯模型，利用最大期望值算法(Expectation-maximization algorithm, 简称EM算法)对样本进行聚类分析，结合拉伸型裂纹(高AF、低RA)和剪切型裂纹(低AF、高RA)的特征对破坏过程中的裂纹进行分类，该方法的特点是无需通过直剪试验获得斜率(k)划分裂纹类型。图6为不同阶段拉伸型裂纹和剪切型裂纹的概率分布，图7 为不同阶段声发射AF-RA散点密度分布，阶段的划分与第2.1节相同。

图7 不同阶段属于拉伸型裂纹和剪切型裂纹的概率分布

第Ⅰ阶段：图7(a)—(b)和图8 (a)—(b)表明RFC和SCC的RA和AF值都较少。RFC和SCC拉伸型裂纹分布都靠近AF轴，但RFC两种类型的裂纹分布较SCC稀疏；由图7(a)—(b)得RFC的AF分布在0～500 kHz、0～100 ms/V,剪切型裂纹分布在0～111 kHz、149～3 511 ms/V,SCC的AF集中分布在0～74 kHz、0～16 ms/V,剪切型裂纹集中分布在0～100 kHz、56～1 679 ms/V。由图8(a)—(b)得RFC和SCC的散点密度都集中在特定的范围内，分别是3.3E-7到3.7E-6以及3.0E-5到1.8E-4,这种集中分布的特点与拉伸型裂纹和剪切型裂纹的概率分布趋势相一致。对于RFC而言，该阶段拉剪型裂纹各占一半，SCC以剪切型裂纹为主，占52.3%,表明SCC的拉剪型裂纹分界线斜率较RFC缓一些，与图5位移荷载曲线斜率变化对应。

图8 不同阶段声发射AF-RA散点密度分布

第Ⅱ阶段：由图7(c)—(d)和图8(c)—(d)可知RFC和SCC的RA和AF都表现出集中的现象且以产生拉伸型裂纹为主，RFC和SCC的AF都集中分布在0～500 kHz, RFC的RA值最大可达到16 880 ms/V,而SCC只有9 357 ms/V。RFC中拉伸裂纹数量/剪切裂纹数量=5.46,而SCC拉伸裂纹数量/剪切裂纹数量=2.60,RFC的拉伸型裂纹/剪切型裂纹是SCC的2倍多，这是因为RFC中有堆石的存在，增多了AF值即拉伸型裂纹数量，拉伸型裂纹数量增多意味着随着荷载增加，位移变化缓慢，表现为这个阶段的RFC位移荷载曲线的斜率变化低于SCC,与图5相符。

第Ⅲ阶段：从图7(e)—(f)和图8(e)—(f)可以看出RFC以拉伸型裂纹为主，而SCC以剪切型裂纹为主，相对于第Ⅱ阶段RFC的RA值从16 880 ms/V达到20 000 ms/V,SCC的RA值从9 357 ms/V达到15 000 ms/V,表明SCC的剪切型裂纹数量有着大幅度的提升。第Ⅲ阶段也是破坏阶段，RFC由于堆石的存在，位移随荷载的增长幅度低于SCC,决定了RFC和SCC的最终破坏形式，即RFC属于拉伸型开裂，SCC属于剪切型开裂。

综上所述：(1)通过GMM法对裂纹分类的表征，与传统RA-AF所得出的结论具有一致性，说明使用GMM法进行声发射研究是可行的，并且在一定程度上反映了位移随荷载的变化率。(2)在劈裂抗拉破坏过程中，RFC裂纹类型按拉伸型裂纹与剪切型裂纹各占一半→拉伸型裂纹为主→拉伸型裂纹开裂的过程变化；SCC裂纹类型按拉伸型裂纹占52.3%→拉伸型裂纹为主→剪切型裂纹开裂的过程变化。(3)GMM方法能够更准确地捕捉裂纹的分类特性，如图5(g)—(h)所示，拉伸型裂纹和剪切型裂裂纹的分布在特定区域共同存在， 其中RFC在(21～38 ms/V,20～250 kHz)、SCC(42～95 ms/V,21～1 432 kHz)共同存在，体现GMM方法在揭示RFC和SCC劈裂破坏过程中不同裂纹类型发生概率方面的优势。

3 结果讨论

本文通过室内试验研究了RFC和SCC在劈裂抗拉破坏过程中声发射特征，相较于传统方法(直接劈坏)研究混凝土劈裂抗拉破坏，利用AE技术能更好的反映出RFC和SCC破坏过程中内部损伤情况及破坏模式，但由于AE技术是通过混凝土破坏释放的信号波来反映混凝土的损伤情况，因此它局限于试块的大小以及试验环境的嘈杂程度。本文RFC、SCC劈裂抗拉强度分别为抗压强度的0.065、0.067,与张志恒等[33]研究结果一致，即自密实堆石混凝土的劈拉强度大约在其立方体抗压强度的1/17～1/12之间；RFC劈裂模式以拉伸型裂纹为主，SCC劈裂模式以剪切裂纹为主，且最终两种类型的裂纹数差不多，与石振祥得出的结论一致。但作者仅进行了一些基础性研究，仍存在以下不足。

(1)本文通过振铃计数、累计振铃计数以及RA-AF表征RFC和SCC劈裂抗拉演化特征，并未进行深入研究。例如通过定位点变化、损伤变量D研究RFC和SCC破坏损伤演化过程，后续可以在这个基础上进行更深入的研究。

(2)本文通过AE技术分析RFC和SCC劈裂抗拉破坏特征仅监测内部损伤情况。例如可以结合数字图像技术(DIC)分析其表面应变场及位移场演化，后续可由此进行展开研究。

4 结 论

本文针对尺寸为600 mm立方体的C25等级RFC和SCC试件进行了劈裂抗拉试验，并采用声发射技术和机械位移计对试件的内部裂纹、振铃计数、累计振铃计数的演化和横向位移扩展进行了分析，得出以下结论。

(1)RFC和SCC的劈裂破坏过程均可以分为三个阶段：非线性增长阶段(0 kN≤FN≤100 kN)、幂函数增长阶段(100 kN≤FN≤800 kN)、线性快速增长阶段(800 kN≤FN≤1 000 kN)。第Ⅰ阶段RFC位移随荷载变化大于SCC,第Ⅱ、Ⅲ阶段SCC位移随荷载变化大于RFC。RFC声发射振铃计数总体呈现锯齿状分布，SCC声发射振铃计数总体呈现密集均匀的分布，在靠近破坏点时，两者的声发射和振铃计数均呈现出频繁、显著且紧密的特征，累计振铃计数曲线基本垂直于位移轴。

(2)随着荷载的增大，RFC和SCC的RA-AF数值点均向RA轴和AF轴靠拢，在原点处RFC散点密度为6E-2,SCC散点密度为2.1E-5,均表现出明显集中现象，其中RFC的RA-AF数值点分布更密集。

(3)基于RA-AF值及GMM统计方法揭示了以下情况：在第Ⅰ阶段，RFC和SCC产生的拉伸型裂纹和剪切型裂纹数量并没有太大的明显区别。在第Ⅱ阶段，RFC和SCC之间显现出明显的差异，是因为在这个阶段，由于堆石的存在，拉伸型裂纹的数量远远超过剪切型裂纹的数量。在第Ⅲ阶段，这种差异更加显著，并且对破坏形式产生了决定性的影响，其中RFC的破坏形式属于延性破坏，SCC表现为脆性破坏。

(4)GMM法的运用揭示了一个重要的现象：在劈裂抗拉破坏过程中RFC和SCC的拉伸型裂纹和剪切型裂缝并非以简单的直线方式划分，而是在特定范围内共同存在，其中RFC在(21～38 ms/V,20～250 kHz)、SCC(42～95 ms/V,21～1 432 kHz)共同存在。这种方式更准确地反映了RFC和SCC劈裂破坏过程中拉伸型裂纹和剪切型裂纹发生的概率分布。

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