我国是世界上寒区分布最广泛的国家之一，包括季节性冻土在内，寒区面积约占我国国土面积的70%，寒区工程建设和资源开发在国民经济中占有重要地位（张慧梅等，2018）。在季节变化、昼夜更替等反复冻融过程中，岩石内部由于地质作用、工程施工等作用形成的裂隙不断发育、扩展和增多，最终导致岩体结构失稳破坏，从而引发岩质边坡滑坡、隧道岩体冻胀开裂等冻融灾害，造成寒区工程的大规模破坏甚至无法正常运营（Xu et al.，2017；杨更社等，2018；刘慧等，2022）。因此，冻融作用已成为寒区工程建设和运营的重要影响因素之一（闻磊等，2015）。

目前，国内外学者针对冻融作用对岩石损伤特性的影响进行了大量研究，并取得了若干有益成果。在诸多无损监测手段中，核磁共振成像可清晰直观地表现岩石内部孔隙损伤的发展，通过分析不同冻融循环周期下岩石孔隙度、T₂谱和孔隙谱面积分布的变化情况，能够揭示出不同尺寸孔隙的冻融损伤规律和岩石的冻融损伤特性（李杰林等，2019）。CT无损识别技术能够多方位、无扰动地获取不同环境和载荷作用下岩石内部结构图像，为此研究人员根据冻融作用下砂岩层进式损伤劣化规律，提出了层进式损伤的CT精准识别方法（刘杰等，2021）。此外，张慧梅等（2020）将CT图像二值化，根据三维模型重构冻融后岩石的孔隙发育特征，发现随着冻融循环次数的增加，岩石孔隙结构自内向外发育。数字图像处理技术是获取岩石结构损伤劣化特征的有效手段，基于该技术，邵志鑫等（2021）对冻融作用下矽卡岩的损伤结构劣化特征进行提取，建立了岩石的细观损伤演化方程。冻融和荷载耦合作用同样对岩石损伤劣化特征产生了重要影响（Zhang et al.，2020），而岩石结构特征和饱水度是影响岩石冻融劣化程度的主要指标，矿物颗粒大小及其分布情况对节理变形具有促进或抑制作用（王章琼等，2015）。

声发射技术作为一种能够实时捕捉岩石微破裂信号的有效方法，已被广泛应用于岩石力学试验研究领域（王宇等，2021；黄晓辉等，2022；纪洪广等，2024）。基于岩石加载过程中的声发射信号，研究冻融作用下不同尺度裂纹的扩展规律，对于深入分析岩石在受载过程中的裂纹扩展和损伤演化规律具有重要意义（宋彦琦等，2022）。结合冻融后岩石受载过程中的声发射信号变化特征，从不同尺度裂纹扩展角度出发，提出了基于声震参数的冻融损伤参量计算公式（刘成禹等，2022）。将声发射与核磁共振技术相结合，探究不同尺度裂纹的扩展规律，对于深入分析岩石在受载过程中的裂纹扩展和损伤演化规律具有重要的借鉴意义（Liu et al.，2022）。以往研究发现，声发射事件主要发生在岩石的解冻期和冻融过渡期（Maji et al.，2021），对接触期、平静期和破坏期声发射参数进行详细分析后发现，岩石声发射特征参数与其抗冻指标存在对应关系（苏占东等，2019），同时，降温幅度对岩石压密阶段具有显著影响，声发射特征参数随温度的降低而增加（张功等，2019）。

上述研究成果对冻融损伤岩石力学的发展具有重要的推动作用，但这些研究多数以均质度较高的砂岩、花岗岩和灰岩作为研究对象，而含层理等各向异性较为明显的岩体结构对工程的稳定性具有实际的控制意义。基于此，本文选择研山铁矿东帮边坡的条带状磁铁石英岩作为研究对象，通过分析受载过程中不同冻融周期岩样声发射参数的变化特征，探究微裂纹数量、尺度和能耗等参数与冻融周期的关系；通过声发射定位对裂纹扩展过程进行三维定位，分析不同冻融周期下条带状磁铁石英岩在荷载作用下声发射事件的时空分布规律，进一步揭示岩石的冻融损伤机制。研究成果可为季冻区顺倾边坡的稳定性评价与控制提供科学依据。

试验所用条带状磁铁石英岩取自研山铁矿东帮边坡，该边坡为顺倾层状边坡。边坡所处区域为季节性冻融区，冬季最低气温为-25 ℃，夏季最高气温为40 ℃。边坡东临新河，地下水对边坡影响范围广。将现场采集的具有代表性的未风化大块岩样加工成φ50 mm×100 mm的标准岩样，加工精度符合《水利水电工程岩石试验规程》（SL/T 264-2020）的相关要求。为降低岩样自身差异性对试验结果的影响，剔除外观有明显缺陷的岩样后，筛选出波速接近、外观相似的岩样共64个。条带状磁铁石英岩岩样的基本物理参数见表1。

岩石成分和结构是影响岩石物理力学性质的关键因素（谢强等，1997），在进行冻融循环试验前，采用反射偏光显微镜和X射线衍射对岩样结构和成分进行分析，偏光显微镜观察结果如图1所示。

由图1可知，条带状磁铁石英岩具有柱状和粒状变晶结构，条带状构造，主要成分为石英（55%）、铁闪石（10%）、斜长石（3%）和白云石（1%），金属矿物（30%）为磁体矿和赤铁矿。石英聚集呈浅色条带，铁闪石与磁铁矿等聚集呈暗色条带，暗色条带与浅色条带相间分布，呈条带状，沿岩石裂隙充填于白云石脉中。运用蔡司透反两用偏光显微镜对条带状磁铁石英岩的矿物颗粒分布情况和裂隙走向进行分析，试样及裂隙分布走向如图2所示。

由图2可知，岩石内部矿物颗粒呈条带状聚集，其中亮白色为赤铁矿，围绕在一级灰白色磁铁矿周围，黑灰色基质为石英。该岩石矿物晶体颗粒较大且独立，连续性较差，镶嵌于石英基质中，与层状岩石矿物颗粒胶结方式相比，二者存在明显差异。此外，样品表面存在较多黑色斑点或黑色区域，产生此现象的原因是：微小尺寸的黑色斑点可能为岩样孔隙、缺陷，较大尺寸的黑色斑点或黑色区域为样品在打磨和抛光过程中有部分矿物颗粒断裂、脱落，在基质表面留下坑迹或不平整晶体表面，岩样表面裂隙普遍横穿条带分布。

（1）冻融循环试验

采用CLD型全自动低温冻融试验机对筛选后的岩样进行冻融循环试验，设定冻结和融化温度分别为-20 ℃和20 ℃，饱水岩样冻结6 h后，在纯水中融化6 h，每12 h为一冻融循环。冻融循环试验流程如图3所示。

按照上述方案，对岩样分别进行0（b组）、10次（c组）、20次（d组）、40次（e组）、70次（f组）、100次（g组）、130次（h组）、180次（i组）、230次（j组）和280次（k组）冻融循环试验。每次冻融循环之后，观察岩样表面是否有明显矿物颗粒脱落、裂隙生成或条带颜色变化，并记录岩样饱和质量、干燥质量和纵波波速，持续循环操作直至最后一次冻融循环。

（2）单轴压缩力学试验与声发射试验

采用TAW-3000微机控制电液伺服岩石试验机和PCI-2型高性能声发射监测仪对达到设定冻融循环周期的岩样进行单轴压缩试验。试验时，将岩样置于加载平台上进行预加载试验，以速率为300 N/s加载至1 kN，等待数据稳定后，转换为位移加载，以速率为0.08 mm/min加载至岩样破裂失去承载能力，防止噪声污染。

不同冻融周期下条带状磁铁石英岩的单轴抗压强度如图4所示。由图4可知，冻融作用对条带状磁铁石英岩单轴抗压强度的影响显著，随着冻融周期的增加，单轴抗压强度呈非线性降低趋势，从干燥状态时的200.9 MPa下降至280个冻融周期时的106.6 MPa，降幅为46.93%，且低冻融周期的降幅明显高于高冻融周期。由于岩样的均质性相对较差，故每组岩样抗压强度的差异性较大，随着冻融周期的增加，这种差异逐渐缩小，抗压强度值从干燥状态时的78.43 MPa降低至280个冻融周期时的42.56 MPa。采用Levenberg-Marquardt优化算法确定平均抗压强度随冻融周期的衰减公式，计算得到R²为0.97，计算公式为

式中：σAve为平均单轴抗压强度（MPa）；i为冻融循环次数。

条带状磁铁石英岩结构致密，强度和刚度较大，随着冻融周期的增加，其抗压强度逐渐降低，且每组岩样强度的极差也逐渐减小，进一步表明条带状磁铁石英岩孔隙和裂隙结构在反复冻融作用下逐渐扩展、延伸和贯通，使得岩样力学性能逐渐劣化，且低冻融周期的劣化速率明显高于高冻融周期。

不同冻融周期下条带状磁铁石英岩的弹性模量如图5所示。由图5可知，冻融作用对条带状磁铁石英岩岩样的弹性模量具有显著影响，弹性模量随着冻融周期的增加而降低，从干燥状态时的21.67 MPa下降至冻融280个周期时的8.24 GPa，降幅为61.98%，且冻融40个周期之前的降幅明显高于冻融40个周期之后。由此可见，冻融作用使得条带状磁铁石英岩的刚度和抗变形能力减弱，塑性变形能力增强，岩样破裂形式具有从脆性向延性过渡的变化趋势。

通过分析声发射信号，探究不同冻融周期下条带状磁铁石英岩在损伤破裂过程中声发射信息的变化规律，确定岩样破裂前声发射参数发生变化的时间节点与其相对应的裂隙演化阶段。统计经历不同冻融周期后64块岩样在峰值强度处声发射累计撞击数、累计振铃计数和累计能量，并计算每组岩样相对应参数的均值及其降低率，结果见表2。

由表2可知，岩样平均累计撞击数、累计能量和累计振铃计数均随冻融周期的增加而降低，且干燥岩样的上述参数值最大，分别为159 291、7.95×10⁹ aJ和2 983 016，冻融280次后，岩样的上述参数值分别降低了35.83%、68.10%和70.88%，说明冻融后岩样在荷载作用下的声发射活动能力、强度和频度均呈下降趋势。岩石在荷载作用下产生声发射信号是能量耗散的结果，冻融后岩样的声发射能量持续降低，说明冻融后岩样在加载过程中所需晶体颗粒之间产生位错和摩擦的能量持续降低，产生此类现象的主要原因是岩样内部裂隙结构和晶体颗粒在反复冻胀岩石作用下，促进了岩样内部缺陷的发育，改变了岩样原生稳定结构和应力状态。为进一步分析冻融作用对条带状磁铁石英岩破裂失稳过程裂纹演化的影响，对不同冻融周期下岩样的平均频率（AF）、上升时间和幅值的比值（RA）、声发射主频与幅值、声发射事件时空分布规律以及声发射能量概率密度等参数进行了分析。

声发射事件是根据Geiger算法对某一裂纹破裂时由多个通道（至少是不在同一平面上的4个通道）所收到的波形信号进行迭代计算所得出的震源信息（赵兴东等，2008）。声发射事件基本参数包括震级、能级、RA、AF和主频，其中RA和AF的计算为声发射事件中各通道下撞击信号的平均值，主频则取中值计算，利用式（4）和式（5）对能级和震级进行计算。

声发射事件的能量可表示为

式中：E_i 为第i个传感器所接收到信号能量（aJ）；r_i 为第i个传感器与波源之间的距离（mm）；p为接收到声发射信号的传感器数量。

声发射事件的幅值可表示为

式中：A_imax为第i个传感器接收到波形信号的最大振幅（V）。

声发射事件的震级可表示为

声发射事件的能级可表示为

岩石在加载过程中会产生不同类型的声发射信号，一些学者通过分析发现，通过声发射AF和RA的变化特征可对声发射信号类型进行分类，高AF值、低RA值对应岩石在加载过程中的拉伸裂纹，低AF值、高RA值对应岩石在加载过程中的剪切裂纹（Sagar et al.，2021）。不同冻融周期条带状磁铁石英岩AF和RA的分布特征如图6所示。

由图6可知，干燥岩样剪切裂纹最密集，饱水后岩样的裂纹密集程度较干燥岩样有所降低，表明水的存在会导致岩样自身剪切裂纹数量有所减少，究其原因可能是水在岩样裂隙中起到缓冲和润滑作用，减小了矿物颗粒、裂隙面之间发生摩擦和滑移等相互作用的几率。在冻融作用下，随着冻融循环次数的增加，岩样内部剪切裂纹逐渐减少，且总裂纹数量也显著减少，说明在持续冻融作用下岩样裂纹逐渐贯穿、合并，裂纹数量降低的同时裂纹尺寸有所增加。低冻融循环周期下，岩样内部裂纹以拉伸裂纹为主、剪切裂纹为辅，岩样在破裂时更倾向于发生多裂纹拉伸破坏和局部剪切破坏；高冻融循环周期下，岩样内部主要是拉伸裂纹，剪切裂纹占比较低冻融周期时有所降低，岩样在破裂时更倾向于发生单裂隙拉伸—剪切破坏。

为进一步明确不同冻融周期岩样在荷载作用下的裂纹演化规律，对RA-AF分布图进行密度分割，并参考Wang et al.（2017）对张拉裂纹与剪切裂纹分界线（即AF/RA的值）的确定，选取分割线斜率AF/RA=k=300对不同破裂类型进行划分，当k值大于300时为拉伸裂纹，当k值小于300时为剪切裂纹，由此获得不同冻融次数岩样在裂纹演化过程中的数量分布情况，如表3所示。

由表3可知，冻融作用对条带状磁铁石英岩不同受力阶段的裂纹扩展特征具有显著影响，在低冻融周期作用下，岩样裂纹数量随着冻融周期的增加呈降低趋势，而在高冻融周期作用下，岩样裂纹数量变化规律不明显。拉伸裂纹与剪切裂纹在整个加载过程中差异显著，具体表现为：首先，低冻融周期岩样在压密阶段、裂纹稳定发展阶段和微裂隙加速扩展阶段的拉伸裂纹逐渐减少，且在微裂纹加速扩展阶段其剪切裂纹数量也有所减少；其次，高冻融周期岩样在压密阶段、弹性变形阶段、微裂隙稳定发展阶段和微裂隙加速扩展阶段的拉伸裂纹数量显著减少，且在前3个阶段其拉伸裂纹数量均多于低冻融周期岩样，而在微裂纹加速扩展阶段其剪切裂纹数量远少于低冻融周期的岩样。

低冻融周期岩样在荷载作用下主要是在微裂隙加速扩展阶段产生拉伸、剪切破裂，且随着冻融周期的增加，在弹性变形阶段岩样拉伸裂纹逐渐增加；而高冻融周期岩样在整个承载过程中持续产生拉伸破裂，仅在破裂瞬间产生少量剪切破裂，且随着冻融周期的增加，岩样拉伸裂纹数量一直在减少，表明高冻融周期岩样与低冻融周期岩样的冻融损伤劣化机制有所差异，低冻融周期作用下岩样主要是微裂隙数量和小尺度裂隙逐渐增加，而高冻融周期作用下岩样则是局域裂隙网络的扩展与合并。

对比分析不同冻融周期作用下岩样声发射波形特征，采用快速傅里叶变换（FFT）将原始波形转换为二维谱，每个二维谱最大幅值的频率即为主频（Peak Frequency，PF）。声发射主频是对每个定位通道中的主频信号进行排序取其中值。从波形参数角度，进一步分析不同冻融周期条带状磁铁石英岩损伤破裂特征及其裂纹演化规律，由此得出不同冻融周期岩样主频—应力—时间分布情况，如图7所示。根据岩样主频随加载时间的分布特征，将岩样主频划分为高频（≥220 kHz）、中频（170~220 kHz）和低频（30~170 kHz），3个频带分别对应图7中的绿色、黄色和橙色条带。

由图7可知，冻融作用对条带状磁铁石英岩声发射主频特征产生了重要影响，根据该结果，可进一步研究不同冻融周期岩样在荷载作用下的破裂特征。

干燥岩样主频主要分布在微裂隙加速扩展阶段和压密阶段，在压密阶段存在少量高频信号，在微裂隙加速扩展阶段具有较多低、中、高频信号且分布较密集。

低冻融周期作用下，岩样在压密阶段存在数量较多的低、中、高频信号；在弹性变形阶段和微裂纹稳定发展阶段仅冻融10次岩样存在高频信号；在微裂隙加速扩展阶段，低、中、高频信号分布数量最多，高频信号主要分布在该阶段中后期，低、中频信号主要分布在该阶段后期。岩样主频信号在弹性阶段没有大量出现，说明岩样在压密后，其内部微裂隙活动所引起的应力变化范围较小，且裂隙之间距离较大，使得岩样在低、中荷载下主要是抵御变形和积蓄能量。

高冻融周期作用下，岩样在压密阶段存在大量的低、中、高频信号，且分布较为分散；在弹性变形阶段，存在大量的低、中、高频信号，其中冻融230次和280次岩样最为显著；在微裂隙稳定发展阶段，存在较多的高频信号，冻融280次岩样在损伤应力处出现应力降，导致不仅有高频信号产生，也有少量低、中频信号出现；在微裂隙加速扩展阶段，岩样低、中、高频信号大量出现，且出现时间基本一致。

通过对比分析低冻融周期与高冻融周期岩样主频条带随时间的分布情况可知：首先，低冻融周期岩样在弹性变形阶段仅存在较少的高频信号，但高冻融周期岩样在该阶段不仅存在大量的高频信号，而且存在少量的低、中频信号；其次，低冻融周期岩样在微裂隙稳定发展阶段除冻融10次岩样之外，其余岩样几乎没有主频信号，但高冻融周期岩样在该阶段存在大量的高频信号；再次，在微裂隙加速扩展阶段，低冻融周期岩样中、高频信号大量出现的时间略早于低、中频信号，而高冻融周期岩样的低、中、高频信号几乎在同一时间节点大量出现，由此说明岩样在加载过程中大量低、中频信号与高频信号一并出现，预示着岩样自身稳定结构已遭到破坏，即将发生破裂。

主频与其对应的幅值作为频谱特征的重要参数，能反映岩石在破裂过程中内部裂纹的扩展类型、尺度和规模等重要信息。为进一步探究低冻融周期与高冻融周期岩样在加载过程中裂纹演化特征，对不同冻融周期下条带状磁铁石英岩主频—幅值的分布情况进行分析，结果如图8所示。

由图8可知，低冻融周期与高冻融周期岩样在高频处存在明显差异，按高频分布密度变化可划分为A、B、C共3个区域，其中A区域主频<B区域主频<C区域主频。干燥、饱水岩样在A区域的幅值最大，B、C区域幅值相近，且饱水岩样幅值较干燥岩样明显下降。低冻融周期岩样A、B、C区域幅值接近，但其幅值均明显小于干燥和饱水岩样。高冻融周期岩样A区域幅值最大，B区域幅值次之，C区域幅值最小，随着冻融循环周期的增加，B、C区域幅值逐渐减小。干燥、饱水及不同冻融周期岩样的低、中频幅值变化规律不明显，A区域幅值也没有明显变化，而B、C区域幅值随着冻融周期的增加呈显著降低趋势。

声发射幅值是频谱图中信号波形的最大振幅值，与声发射事件大小和信号强弱等存在对应关系，且与声发射能量呈正相关关系。根据主频—事件分布特征，高频信号主要在微裂纹加速扩展阶段产生。冻融70次和冻融280次岩样在出现能量波动或应力突降时，高频信号事件将大量产生，此类现象说明当岩样高频信号迅速且大量出现时，岩样内部裂纹会迅速贯通生成新生裂纹，加速了岩样裂纹的演化进程。由此可知，随着冻融周期的增加，岩样B、C区域信号幅值逐渐减小，说明随着冻融周期的增加，岩样在破裂时形成次生裂纹的能力明显下降。

声发射三维定位能够直观地反映出岩样内部微裂纹的萌生、扩展及其空间位置关系的分布情况。声发射撞击参数、主频等演化规律，均表明低冻融周期与高冻融周期作用下条带状磁铁石英岩的冻融损伤演化机制存在明显差异，由此通过Geiger算法对震源位置进行溯源，可获得冻融后岩样在加载过程中内部微裂纹的活动位置，分析了低冻融周期和高冻融周期岩样在压密阶段（Ⅰ）、弹性变形阶段（Ⅱ）、微裂纹稳定发展阶段（Ⅲ）和微裂纹加速扩展阶段（Ⅳ）中的震源分布情况，如图9所示。

图9中声发射事件（不同颜色的小球）的大小由加载过程中能级变化决定，颜色由震级变化决定。由图9可知，低冻融周期下，岩样在压密阶段、弹性变形阶段和微裂纹稳定发展阶段中的震源能级和震级均较低，且声发射事件分布较为稀疏；在微裂纹加速扩展阶段，岩样震源数量迅速增加且集中分布，高能信号在该阶段大量出现，但与前3个阶段的震源分布几乎不具有关联性。岩样破裂时其内部多尺度裂纹逐渐贯穿形成宏观裂纹，最终导致岩样失稳、破裂，且破坏模式多为多裂纹拉伸—剪切混合破坏。高冻融周期作用下，岩样震源数量自压密阶段至微裂隙稳定发展阶段均明显增长，冻融70次岩样在这3个阶段中的震源能级和震级最大，分布数量也最多，而后随着冻融循环周期的增加，能级和震级逐渐下降，且声发射事件数也明显减少。进入微裂隙加速扩展阶段，岩样裂纹延续前3个阶段的演化方向进一步发育、扩展，使得该阶段岩样微裂纹数量随冻融循环周期的增加而逐渐减少，而高能级、高震级信号数量也明显减少，岩样在破裂时其破坏模式多为单裂纹拉伸—剪切破坏。

由上述分析可知，低冻融周期岩样多尺度裂纹主要集中在微裂隙加速扩展阶段，且其集中位置与中、低荷载下岩样微裂纹发育无显著关联，说明岩样在承载时主要依靠岩样骨架刚度保持稳定，裂隙结构多数以微裂隙和小尺度裂隙为主，大尺度裂隙的数量较少，且裂隙之间较为分散。高冻融周期下，岩样大、中、小尺度裂隙在整个加载过程中均有明显分布，且中、低荷载下岩样裂纹数量逐渐减少，能级和震级有所下降，说明高冻融周期作用下岩样自身裂隙结构发育成熟，中、大尺度裂隙进一步扩展，小尺度裂隙数量有所减少，岩样在中、低荷载下裂纹持续发展，改变了岩样自身应力平衡状态，使得裂纹所处位置产生局部应力集中，进一步加快裂纹扩展和发育速度，之后在周而复始的冻融作用之下岩样自身结构劣化程度迅速增加，进而在高荷载作用下岩样震源数量、震级和能级逐渐减少，导致岩样沿着发育程度较高的弱化面产生破坏。

自组织临界理论认为，大量相互作用成分组成的系统会自然地向自组织临界态发展，当系统达到自组织临界态时，即使很小的干扰事件也会引起系统发生一系列灾变（吴顺川等，2020）。幂律分布是自组织临界系统在混沌边缘，即从稳态过渡到混沌态的一个标志，利用其可预测该系统的相位和相变（Wang et al.，2017）。岩石在破裂过程中其裂纹演化与声发射事件能量大小密切相关，因此可采用声发射能量概率密度表征不同冻融周期下岩石的损伤破坏程度。

声发射事件的绝对能量通过采集系统对信号电压的平方积分得到，可表示为

式中：U为声发射事件的电压（mV）；t_i为声发射事件的开始时间（ms）；t_f为声发射事件的终止时间（ms）；R为采集工作站内的电阻值（kΩ）。

试验采集到所有的声发射事件能量构成了一个样本集，对于该离散的样本集，其概率密度的幂律分布函数P（E）可表示为

式中：E_min为统计能量下限；k为声发射能量分布的临界指数。

对不同冻融周期岩样的声发射能量进行直方图统计，并进行频度分布，获得每个能量区间的相对概率，建立双对数坐标系下不同冻融周期岩样能量概率密度分布，如图10所示。

由图10可知，高冻融周期岩样能量概率密度分布多数在10²~10⁴ aJ之间，低冻融周期岩样能量概率密度分布多数在10³~10⁶ aJ之间，表明高冻融周期岩样内部裂纹演化程度较高。在双对数坐标系下，临界系数（k）是拟合直线斜率的绝对值，不同冻融周期岩样的临界系数如表4所示。

由表4可知，高冻融和低冻融循环作用下岩样的临界系数随冻融周期的增加呈先增加后降低的变化趋势，在冻融周期达到70次后，岩样临界系数出现明显的突降变化。临界系数的变化大小反映了能量概率密度拟合直线的陡峭程度及出现大量声发射事件的概率。

低冻融周期岩样临界系数下降且岩样能量多数分布于中、高位，反映在荷载作用下岩样声发射能量跨度以及大能量声发射事件出现的概率均有所增加，表明在冻融循环过程中岩样内部裂隙数量和尺度均有不同程度的增加。高冻融周期岩样临界系数的增加及岩样能量多数分布在低、中位，反映岩样声发射能量跨度以及大能量声发射事件出现的概率相对有所下降，表明高冻融周期岩样自身裂纹发育成熟，随着冻融次数的增加，岩样内部局域性裂隙网络之间互相贯通，形成更大尺度裂纹网络，促使岩样在荷载作用下出现小能量声发射事件的概率越来越大，其裂纹扩展更加快捷、容易。

（1）低冻融周期作用下，岩样在裂纹演化过程中以拉伸裂纹为主、剪切裂纹为辅，裂纹破裂主要发生在微裂隙加速扩展阶段；高冻融周期作用下，岩样在裂纹演化过程中以拉伸裂纹为主，剪切裂纹占比较少，整个加载过程岩样内部裂纹持续出现，随着冻融周期的增加，岩样裂纹总量有降低趋势，裂纹数量的降低表明岩样裂纹尺度随冻融次数的增加而进一步扩大。

（2）不同冻融周期岩样声发射主频和幅值在微裂隙加速扩展阶段存在明显差异。低冻融周期岩样在微裂隙加速扩展阶段，中、高频信号出现时间稍早于中、低频信号，且岩样高频条带所对应的幅值较高；高冻融周期岩样在微裂隙加速扩展阶段，中、高频与中、低频信号基本上同时大量出现。随着冻融循环周期的增加，岩样超高频所对应的幅值逐渐降低，说明在荷载作用下，高冻融周期岩样内部裂纹扩展形成新生裂纹的能力有所下降。

（3）根据冻融后岩样裂纹时空分布规律，低冻融周期作用下岩样高能信号主要产生于微裂隙加速扩展阶段，分布较为集中且数量较多；高冻融周期岩样高能信号的分布较为分散，且随着冻融次数的增加高能信号有所减少，且在受载全过程均有出现。低冻融周期岩样在压密阶段、弹性变形阶段和微裂隙发展阶段中微裂纹数量较少，且与岩样破裂时其裂纹聚集处无明显关联；高冻融周期岩样前3个阶段裂纹生成处与破裂时裂纹聚集处存在明显顺承关系，由此解释高冻融周期岩样的脆性破裂程度和抵御变形能力较低冻融周期岩样明显降低的原因。

（4）通过分析不同冻融周期下岩样声发射能量概率密度分布情况，发现高冻融周期岩样自身声发射能量跨度以及大能量声发射事件出现的概率，相较低冻融周期的岩样均有所下降，进一步表明高冻融与低冻融周期下岩样自身裂隙结构劣化程度、倾向均有所不同，低冻融周期岩样多数以裂隙数量与大中尺度裂隙的发育为主，而高冻融周期岩样多数以局域性裂隙网络扩展、合并和融合为主。