凍結土石混合體在單軸壓縮下的變形和聲發射特征研究

胡 峰， 李志清， 朱益軍， 王雙嬌， 呂 慶

（1. 浙江數智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012； 2. 浙江大學 建筑工程學院，浙江 杭州 310058；3. 中國科學院 地質與地球物理研究所 頁巖氣與地質工程重點實驗室，北京 100029）

0 引言

凍結土石混合體作為一種多相介質混雜的廣義凍土，力學性質復雜多變。隨著寒區工程的發展和氣候變化加劇，寒區富水土石混合體、凍結土石混合體不斷受到關注，對其力學性質的研究也得到了一定的發展，但遠落后于常規凍土的研究，目前尚缺乏對塊石在凍結土體內的變形響應分析，多見整體力學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載對凍結冰川底磧土石碎屑物大型直剪強度的影響，認為高含冰量土石混合體的莫爾-庫侖曲線是典型的拋物線，且含冰量對其強度的影響并非單一變化；Fitzsimons 等［2］研究了直剪條件下冰川基底砂礫石混合物的結構和強度性質；Fourie 等［3］探討了粗顆粒土內部孔隙冰的形成機制；胡峰等［4］研究了凍結土石混合體在壓、拉作用下的強度特征，認為凍結土石混合體的壓拉強度比受溫度的影響顯著；祁長青等［5］研究了含冰量、凍結溫度對人工凍結土石混合體大型直剪強度的影響。以上文獻一定程度上闡述了凍結土石混合體的宏觀力學性質，但多以溫度、含冰量和含石量為變量，討論它們對材料宏觀力學性質的影響，對于如何將宏觀力學性質與內部介質的細觀受力演化規律相結合的研究較少。

凍結土石混合體力學性質受內部組構控制明顯，直觀認識其內部結構受力響應過程十分必要。目前，常見采用CT 掃描成像觀測和間接變形監測反饋法，例如，內部埋置白灰、細鋁絲等標記物或采用超聲波、聲發射等技術進行常溫土石混合體內部介質受力響應的研究［6-10］。聲發射監測相對于CT觀測或標記物變形觀測具有操作簡便，監測參數豐富等優點，國內外對巖土材料受力過程中的聲發射特征研究已取得了廣泛的成果［11-14］，其結果表明：聲發射信號可較好地追蹤巖土材料受力變形響應過程，特別是內部介質變形損傷演化過程中所釋放的能量響應，聲發射信號能提供有力的對應佐證。聲發射信號還可作為巖石變形失穩的監測預判、預警指標［15-16］。大量研究已將聲發射用于凍土力學性質的研究［17-19］，而將其用于含粗顆粒的凍土或凍結土石混合體力學性質方面的研究還鮮有報道。Yamamoto 等［20］通過在三軸加載臺底面安裝聲發射探頭，監測含粗顆粒碎石凍土在常應變三軸壓縮過程中的聲發射信息，其認為聲發射活動受控于含冰量和加載速率，通常隨含冰量和加載速率的增加而增加。Li 等［21］研究了固定含石量凍結土石混合體在單軸壓縮條件下的聲發射活動，結合試樣的變形特征提出凍結土石混合體峰后破壞的模式。綜上文獻，目前多數報道并未系統開展不同含石量凍結土石混合體的聲發射特征研究以及凍結基質土、土石界面與塊石之間的相互作用模式。為進一步了解凍結土石混合體內部受壓變形力學響應，本文通過對不同含石量和不同基質土含水量的凍結土石混合體進行單軸壓縮下的變形和聲發射特征分析，深化對凍結土石混合體力學性質的認識，為寒區工程提供參考。

1 試驗方案

1.1 試驗設備

試驗加載設備為中國科學院地質與地球物理研究所研制的土工試驗加載系統［22］，其加載精度為0.1 kN 和0.05 mm，最大加載速率4 mm·min-1，量程200 mm。為減小試樣兩端與金屬壓頭快速傳熱作用，試驗將金屬壓頭改裝為硬質亞克力臺，且加載前進行凍結。圖1 為試樣安裝測試方法，在試樣兩側放置兩臺高清相機，實時記錄試樣變形特征。聲發射測定采用北京軟島科技有限公司生產的DS-16B 全信息聲發射系統，其壓電陶瓷檢波器的頻帶寬度為50～400 kHz，前置放大器增益為40 dB。壓電陶瓷檢波器接收信號后經前置放大器后傳入聲發射采集系統，進一步處理后以到達時間、振鈴計數、最大振幅、能量等數值呈現。

圖1 試驗測試方式Fig. 1 Test methods： actual picture （a）， schematic diagram （b）

1.2 試驗材料和制備

選用過2 mm 篩的黏質粉土為基質土，其液限、塑限和塑性指數分別為31.3%、18.8%和12.5，Cu和Cc分別為31.58和0.77。選用尺寸介于5～10 mm，圓度和球度平均值分別為1.132 和0.729，密度為2.59 g·cm-3，點荷載強度為6.5 MPa 的致密石英石為粗粒塊石。土、石顆粒尺寸分布見圖2（a）。

試驗將土樣烘干后與蒸餾水混合，配制含水量為25%的土樣，并密閉放置12 h，使土樣中的水分均勻。將石英石顆粒用蒸餾水沖洗，風干后與設計含量的土樣混合，配制成體積含石量為30%、40%、50%的土石混合體，隨后在模具中按1.68 g·cm-3的土體干密度分層靜力壓制成直徑為61.8 mm，高度為123.6 mm 的圓柱體試樣，三種含石量試樣的密度分別為2.19 g·cm-3、2.25 g·cm-3、2.32 g·cm-3。將試樣從模具中推出，裝入7 號密封袋后放入-20 ℃的恒溫箱中凍結36 h，如圖3 所示。另外，考慮到青藏公路沿線凍土段路基土以及公路邊坡露頭常見砂土石混合物，同時結合近年來青藏高原氣候環境變化加劇的特征［23-25］，試驗采用采集于青藏公路安多縣城以北富水段的路基砂土石混合料進行人工凍結土石混合體圓柱試樣的配制（直徑100 mm，高200 mm），進一步開展了相同加載速率下的凍結路基砂土石混合體的單軸壓縮和聲發射試驗?？紤]塊石尺寸效應的影響，單軸試樣中最大塊石尺寸宜為試樣直徑的1/6～1/4［26］，文中取直徑的1/5，即20 mm，隨后將路基土中超徑塊石的質量按原土樣中2～5 mm、5～10 mm 和10～20 mm 顆粒的占比分配給對應的顆粒組，替換超徑塊石。路基土中基質土以低黏性的砂土為主，粗粒塊石以卵石、砂巖塊體為主，取5 mm 為土石尺寸界限，則質量含石量為52%。替換超徑塊石后試樣的Cu和Cc分別為21.21和0.14，其顆粒尺寸分布如圖2（b）。對處理后的路基土進行擊實試驗，獲取其最優含水率為7.3%，最大干密度為2.15 g·cm-3。將路基土配制成最優含水率狀態，分三層倒入直徑為100 mm，高度為250 mm的制樣模具中，采用控制體積的方式進行擊實，配制成最大干密度條件下的圓柱體試樣。將試樣從模具中推出，分為兩組，其中一組用保鮮膜密封，放入-20 ℃的恒溫箱中凍結36 h，另一組放入真空飽和器中抽氣飽和。為防止飽和過程中試樣浸水瓦解，抽氣飽和前用石棉包裹試樣，飽和后取出試樣，靜置半小時后用保鮮膜密封包裹，在相同條件下進行凍結。試樣凍結完成后揭去外包裹，采用與前文一致的條件進行試驗。試驗后測試兩種工況試樣的含水量（ω），分別為7.2%和11.0%。

圖3 試樣凍結過程Fig. 3 Freezing progress of samples： freezing method （a），measurement method for frost heave （b）

1.3 試驗測試方法

為盡量減小室溫與試樣的溫差，采用降溫設備將實驗室溫度降低至15 ℃。加載前將壓力機和聲發射系統均調節到最佳位置以保證試樣從恒溫箱中取出后可快速進行加載。將凍結試樣取出，上下端面涂上適當的凡士林以減小端部摩擦導致的噪音干擾［27］，隨后置于同溫凍結的亞克力加載臺上，將聲發射探頭端部涂上適量凡士林后貼于試樣中部，并用橡膠帶固定。隨即以1.236 mm·min-1的軸向速率進行加載，同步開始聲發射測試。圖4 為試樣加載過程中貼于試樣表面的溫度感應計的讀數與應力應變曲線。整個加載過程試樣表面溫度維持在（-13±2） ℃。試樣多在5～7 min達到峰值，可見該方法能使試樣內部大部分冰晶相態穩定，并維持對應溫度的力學性質。為盡可能減少噪音的干擾，試驗在夜間進行，試驗前對壓力機進行同速率空載運行，測試環境噪音介于6～25 mV，確定聲發射事件觸發電壓閾值為30 mV，采用頻率為3 MHz·s-1。

圖4 壓縮過程中應力-應變和試樣表面溫度變化曲線Fig. 4 The curves of surface temperature and stress-strain of the sample during compressive progress

2 試驗結果與分析

2.1 試樣破壞形態

三種含石量凍結土石混合體試樣壓縮破壞形態如圖5（a）～5（c）所示，圖中狀態對應的軸向應變分別為10.8%、10.3%、9.9%，其中試樣尺寸按照凍結后計量，關于試樣的凍脹變形特征見文獻［21］。由圖可知，30%含石量試樣類似凍土單軸壓縮常呈現的鼓腰變形，軸向裂紋不發育，而40%和50%含石量試樣以及路基土試樣多呈現兩端發育軸向裂紋后的徑向鼓脹變形，且塊石周圍依然是裂紋集中發育的區域。塊石聚集體周圍往往發育較多的裂紋并伴隨表面薄冰層的開裂，如圖6 所示。分析認為，上述現象可歸因于試樣含石量的差異，含石量越低，因土石差異變形的裂紋數量較少，試樣以鼓腰式變形為主；而含石量越大，塊石間接觸越多，試樣受力后塊石相對變形活躍，尤其是試樣端部凍土與塊石變形不協調，易導致此處裂紋最先萌芽、發育，引起擾動。文獻［28］在研究高含冰量凍土單軸壓縮變形中發現，當凍土含冰量由30%增大到269%時，試樣變形逐漸由中部鼓腰演化為軸向開裂。分析認為，隨含冰量的增大，試樣力學性質逐漸受冰控制，而在凍結土石混合體中，塊石起到類似凍土中大顆粒冰的骨架作用，當塊石含量達到一定程度后便控制了試樣的力學性質。進一步，試驗后依據各壓縮階段的照片，采用Image-Pro 軟件的裂隙識別功能和人工CAD 勾勒的方式描繪出試樣各階段的形態輪廓圖，如圖7 所示為30%、50%含石量試樣和路基土試樣在不同壓縮階段表面裂縫的發展情況。由圖可知，30%含石量試樣在軸向應變達到13.8%后依然未見明顯的表面裂紋，而相同土體含水量，50%含石量試樣表面裂紋出現的時機早于前者且數量更多，呈現多裂紋破壞形態。凍結路基砂土石混合體出現表面裂紋對應的軸向應變最小。三者在峰值應力前均未發育宏觀表面裂紋。根據圖8 中對比常溫土樣、不同含水量凍土和40%含石量、15%含水量土石混合體試樣單軸壓縮至峰值處的裂紋形態可知，常溫土樣和土石混合體試樣均在峰值處表現出明顯的表面裂紋，且土石混合體的裂紋數量多于常溫土樣，而凍土在峰值處表面裂紋很少，且隨含水量的增大，試樣甚至不出現裂紋，而以整體徑向膨脹為主。以上特征說明凍結土石混合體變形開裂性質較常溫土石混合體存在滯后性，反映出凍結土石混合體壓縮峰后階段是土石之間差異變形、裂紋擴展、塊石相對運動的主要階段，而在峰前階段主要為內部凍土和冰的蠕變、顆粒間的局部摩擦滑移。另外，兩類凍結土石混合體試樣的裂紋演化特征還受到基質土土性的影響。下文將結合試樣各壓縮階段的聲發射特征進一步說明。

圖5 不同試樣破壞形態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）

圖6 塊石周圍變形特征Fig. 6 Deformation characteristics around rock blocks

圖7 不同試樣在各壓縮階段的外觀變形特征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）

圖8 不同狀態試樣單軸壓縮峰值點處形態特征Fig. 8 Morphological characteristics in the stress peak of samples with different conditions

2.2 應力應變與聲發射信號之間的關系

如圖9 所示為30%、40%、50%三種含石量試樣的軸向應力-應變曲線與對應的振鈴計數和累計振鈴數。各試樣的應力-應變曲線形狀大體相似，均可見初始壓密（OA）、線彈性變形（AB）、塑性變形（BC）和峰后應力下降（CD）4個階段，但隨著試樣含石量的增加，初始壓密階段和峰后應力下降階段的斜率逐漸變陡。在初始壓密階段，三種含石量試樣均產生一定數量的聲發射信號，而常溫土體單軸壓縮初期卻很少捕捉到明顯的聲發射信號［29-30］。秦尚林等［31］在粗粒土三軸壓縮初期也出現大量的聲發射活動，文中認為是粗粒土在初期荷載作用下顆粒的鑲嵌、壓密以及顆粒破碎行為導致，同時，顆粒破碎也是整個加載過程中出現大量跳躍信號的原因。針對凍結粗粒土，分析認為，加載初始階段的聲發射信號來自試樣表層大顆粒冰晶，上下端面附近孔隙冰晶的破裂。凍結土石混合體中冰晶的破裂是聲發射能量來源的一個重要因素，尤其是試驗開始階段，試樣內部的冰晶處于相對完整的未融化、硬脆性狀態，冰晶體和基質凍土是主要的承力結構，其受力后最先破裂，引發聲發射活動，這與前人關于含粗顆粒的凍土三軸壓縮過程中聲發射結果一致［20］。冰晶的開裂能觸發明顯的聲發射活動，且聲發射數量與能量遠高于土體引起的聲發射活動。各試樣在經歷短暫的壓密階段后進入彈性階段，對應的振鈴計數緩慢增加，由彈性階段的后期進入塑性變形階段，聲發射較活躍。峰值前的聲發射活動相對不活躍期可歸因于該階段前期產生的裂紋被壓密，這與大多數常溫狀態巖土材料的研究一致。隨后應力趨近于峰值，聲發射振鈴計數不斷增大。三種含石量凍結土石混合體單軸壓縮峰前的聲發射特征基本相似。進入峰后階段，30%含石量試樣出現零星聲發射事件，而40%和50%含石量試樣依然可見明顯的間斷、多峰的聲發射事件，說明試樣內部依然存在明顯的變形活動。圖10為聲發射累計振鈴數特征，其數量變化幅度表征了內部破裂程度和裂紋的形成速率，增長幅度小則單元破裂少，裂紋形成較慢。三種含石量試樣的累計振鈴數曲線均呈現階梯式增長，每一級臺階的躍升可視為內部變形活動期或損傷密集發育期，而臺階面為相對平靜期。30%含石量試樣在彈性階段累計振鈴數增長較快，而40%、50%含石量試樣在彈性階段后期才出現明顯增加，說明40%、50%含石量試樣由彈性階段進入塑性階段后試樣內部的土石界面、塊石滑移等變形開始加速。該特征也說明低含石量試樣中冰晶顆粒的數量較多，在加載初期最先破裂，觸發聲發射活動。

圖9 各含石量試樣的振鈴計數-時間、應力-應變曲線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）

圖10 各含石量試樣的累計振鈴數-時間、應力-應變曲線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）

圖11 進一步給出了三種含石量試樣在軸向應變約為9%，對應AE時間均為577 s時的累計振鈴數和累計聲發射能量的直方圖。30%含石量試樣的累計振鈴數和累計能量為8.197×103次和7.960×103mV·ms，隨含石量增長到50%，試樣的聲發射特征參數出現爆發式增長，其累計振鈴數和累計聲發射能量達到7.479×105次和10.489×105mV·ms，相對前者分別增長了91.2 倍和131.8 倍。分析認為，塊石處于懸浮狀態時，試樣內冰晶、土石界面冰晶及土顆粒受壓變形是聲發射能量的主要來源。隨著含石量增加，塊石逐漸接觸咬合，活動變形加劇，塊石間的咬合滑移，甚至破碎等觸發了明顯的聲發射信號。同時，土石界面的增多，試樣內部原生裂隙增多，土石界面彈性力學性質不匹配引發的界面變形也將觸發聲發射信號。通過對比不同壓縮階段和各壓縮階段內三種含石量試樣的累計振鈴數（圖12～13），三者在初始壓密和彈性階段的振鈴數差別較小，而50%含石量試樣在塑性階段振鈴數相對前兩個階段出現陡升，分別是初始壓密階段和彈性階段累計振鈴數的6.7 倍和4.0 倍?？梢姡暟l射活動隨含石量的增大，尤其是達到塊石相互大量接觸后將快速加劇。進一步，從試樣內部裂紋和塊石變形特征方面，圖14（a）中的塊石堆疊體內咬合摩擦和圖14（b）中的土石界面受力變形、滑移開裂，甚至圖14（c）～（d）中咬合棱角破碎等行為均可產生密集的聲發射信號，上述兩種結構將隨含石量增大而增多。試樣內部咬合塊石之間的滑移摩擦變形甚至破碎所釋放的能量要強于來自冰晶破壞的能量。塑性階段為內部裂紋快速增長階段，尤其是高含石量狀態，含石量越大，內部變形越大，損傷也越大，將觸發更多的聲發射信號。

圖11 各含石量試樣在相同時間下的累計AE參數Fig. 11 Accumulative AE counts of samples with different rock contents

圖12 各壓縮階段試樣累計振鈴數Fig. 12 Accumulative AE counts of samples at different compression stages

圖13 同一含石量試樣壓縮各階段累計振鈴數Fig. 13 Accumulative AE counts of samples with the same rock content at different compressive stages

圖14 凍結土石混合體內部變形結構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

由圖9 可知，三種含石量凍結土石混合體應力峰值前的聲發射特征演變規律大體相似，峰后階段的聲發射信號差異較大，其中40%、50%含石量試樣在峰后依然可見間斷性的明顯聲發射事件，而30%含石量試樣在峰后聲發射事件較少。圖15 對比上述三種試樣在峰后經歷相同的軸向應變（5%）范圍內的累計振鈴數和累計聲發射能量，可見，隨含石量增大，聲發射事件快速增多。分析認為，含石量大小是導致峰后聲發射事件差異的關鍵因素，結合前文不同含石量試樣破壞后的形態特征，凍結土石混合體峰后應變達到9%后依然保持較完整的圓柱形態，即試樣依然以整體變形為主。受凍土的蠕變影響，低含石量試樣內部以凍土裹挾塊石整體變形為主，隨含石量增大，土石界面增多，土石界面的相對變形加劇。同時，塊石相互接觸的數量增多，塊石存在咬合、嵌固，其發生摩擦滑移所產生的能量將導致明顯的聲發射信號，而塊石周圍基質土凍結強化后也起到對咬合塊石簇的約束，塊石滑移摩擦將產生更大的能量。另外，塊石堆積體形成的彈性波傳播路徑對波的衰減作用要明顯小于凍土。圖16 給出了高、低兩種含石量試樣在加載初期的聲發射活動與試樣內觸發聲發射的單元體及波的傳播路徑。加載初期的聲發射峰值可歸因于冰晶顆粒、土石界面的變形所致，即隨塊石接觸數量的增加，聲發射源逐漸由冰晶、土石界面轉變為冰晶、土石界面、塊石間接觸咬合面，且存在由塊石堆積體組成的相對低衰減的彈性波傳播路徑。

圖15 三種含石量試樣峰后相同應變量累計AE參數對比Fig.15 Comparison of accumulative AE characteristics of samples with the equivalent strain at the post-peak stages

圖16 不同含石量試樣受壓觸發聲發射單元與傳播路徑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）

結合前文試樣應力峰后出現表面裂紋的特征，也說明了凍結后因土石彈性不匹配造成的土石界面薄弱效應得到削弱，但多數情況下土石界面依然是裂紋發育的集中場所，因凍土、冰晶的撐力和蠕滑行為以及土石界面膠結強化作用，土石界面開裂行為將發生滯后。

2.3 不同含水量條件下凍結砂土石混合體的聲發射特征

圖17～18分別為青藏公路凍害段路基土配制而成的質量含石量為52%的非飽和與飽和試樣在相同試驗條件下的應力-應變曲線和對應的聲發射振鈴計數與累計振鈴數曲線。由圖可知，兩種含水量試樣的應力應變曲線類似，兩者對應的峰值應變分別為4.8%和3.5%，但非飽和試樣應力應變曲線在峰值點附近相對平緩，呈現緩升緩降的特征。兩種含水量試樣的振鈴計數形狀相似，均隨軸向應變加大而增大，兩者峰后同樣存在間斷的聲發射事件，但數量少于前文50%體積含石量試樣（換算質量含石量為55%），說明峰后塊石的變形不如前文基質土為黏質粉土的試樣活躍，其聲發射特征更偏向于脆性巖土體的聲發射特征，即峰前聲發射事件較多，峰后比較少。兩者對應的累計振鈴數曲線相對光滑，未出現類似前文的臺階形狀，而是隨時間呈現漸進增加特征，主要分為初始平緩上升，中段快速上升，后段平緩上升三個階段，其中彈性階段增長最快。圖19統計了初始壓密階段、彈性階段和塑性變形階段的累計振鈴數，其變形特征與前文試樣有所不同，試樣在塑性變形階段振鈴數最少，而前文試樣在該階段的振鈴數最多。

圖17 路基土聲發射振鈴數-時間、應力-應變曲線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）

圖18 路基土聲發射累計振鈴數-時間、應力-應變曲線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）

圖19 兩種含水量試樣各壓縮階段聲發射參數對比Fig. 19 Comparison of accumulative AE characteristics at each compression stage of sample with different water contents

另外，分析認為凍結土石混合體基質土成分也是影響聲發射活動的重要因素，尤其是凍結后形成的內部孔隙結構的差異。砂土相對粉土其內部孔隙體積大，且砂土顆粒表面很少存在薄膜水［32］，內部大尺寸孔隙易生成更多的大顆粒冰晶，故凍結砂土內部未凍水較少，其壓縮蠕變性質要弱于凍結黏質粉土，制成的凍結土石混合體更偏于硬脆性，其軸向壓縮受力后表層首先發生大量的冰晶顆粒變形，觸發較多的聲發射活動，試樣含水量越高，該現象越明顯，隨后才是砂土顆粒發生摩擦變形。在峰值前的塑性變形階段，試樣內部基本形成了若干應力集中區，隨后演化為幾條明顯的軸向主裂紋，試樣基本沿著前期形成的裂紋擴展，而其他部位的細短裂縫較少，變形向主裂縫集中，進一步延伸開裂。試樣變形受控于前期形成的裂隙，尤其是峰后，試樣基本沿主裂紋擴張，主裂紋周圍之外區域顆粒的相對摩擦滑移變形較少，所產生的聲發射事件數要明顯少于前文黏質粉土試樣因整體變形導致的聲發射數量。可以將上述試樣受力過程歸納為：加載受力初始階段的粗大冰晶體的破裂-土顆粒摩擦滑移-裂紋形成-裂紋繼續擴展。

3 結論

本文對不同含石量人工凍結土石混合體和凍結砂土石混合體進行單軸壓縮下的聲發射試驗，主要獲得以下結論：

（1）凍結土石混合體單軸壓縮下的聲發射特征可分為壓密階段受冰晶體破裂，裂隙閉合產生一定數量的聲發射事件，彈性階段的聲發射數量較少，而塑性階段的聲發射數量受試樣本身材料性質和含石量的影響較大，以蠕變較大的黏質粉土為基質土的低含石量凍結土石混合體在該階段聲發射活動較少，而高含石量狀態則聲發射事件較多；以砂土為基質土的凍結土石混合體在塑性階段聲發射事件均少于前面壓密階段和彈性階段。

（2）含石量大小是影響凍結土石混合體聲發射事件數的重要參數，隨含石量的增大聲發射事件明顯增多，呈指數增長，即表明試樣內部裂隙發育明顯增多。凍結土石混合體在壓縮應力峰后依然存在明顯的聲發射事件，呈多峰特征，含石量越大，峰后的聲發射峰越多。說明峰后存在裂隙集中發育、咬合塊石摩擦滑移，甚至破裂等變形，一次集中的聲發射事件峰代表一次明顯的變形活動，而峰前的聲發射事件主要來自加載初期的冰顆粒壓縮、土顆粒摩擦、土中裂縫和土石界面裂縫的萌芽產生，塊石變形導致的聲發射事件較少。

（3）黏質粉土為基質土的凍結土石混合體受凍土蠕變影響，試樣以整體變形為主，峰后依然存在明顯的聲發射振鈴數；而以砂土為基質土的凍結土石混合體，內部孔隙較大，受冰晶體填充，試樣以軸向裂隙開裂變形為主，峰后主要沿著前期形成的裂紋持續擴展，聲發射事件較少。

（4）兩種基質土土性的凍結土石混合在單軸壓縮過程中表面裂紋的開裂均出現在峰后階段，峰前階段肉眼未見表面裂紋，且峰后對應明顯的聲發射信號，甚至峰后階段累計振鈴數大于峰前階段，即峰后試樣內部土石差異變形、裂隙發育是凍結土石混合體相對于常溫土石混合體明顯的差異。可將凍結土石混合體的單軸加載變形模式歸納為初始階段的表層粗大冰晶體的破裂-土顆粒、冰晶摩擦滑移-土石差異變形、咬合塊石滑移、裂紋萌芽-裂紋擴展。