引言
红层地区的岩体通常具有松散结构、层理和裂隙发育、水致软化显著等特点。在隧道开挖、高陡边坡扰动和支护结构加载的综合作用下，此类岩体易于发生渐进性破坏，其中局部裂纹增长逐渐演变为全局失稳 [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]。对于由红砂岩围岩和喷射混凝土初期支护组成的复合系统，围岩中的天然裂隙、施工诱导裂纹以及支护结构的开裂或脱粘可能会相互相互作用。这种相互作用削弱了岩 - 混凝土界面，诱导应力重分布 [8], [9], [10]，并进一步控制裂纹偏转、分支和融合路径 [11], [12], [13], [14], [15], [16]。因此，红砂岩 - 混凝土复合材料不应被视为简单的粘接双材料结构，而应视为由材料非均质性、弱界面和缺陷几何形状共同控制的断裂系统 [17], [18]。阐明耦合的裂纹 - 界面破坏机制并提取可靠的峰值前失稳信息，对于红层地下工程和边坡工程的风险识别至关重要 [19]。
声发射 (AE) 监测可以实时记录与裂纹萌生、扩展和融合相关的瞬态弹性波响应，并已被广泛用于岩石断裂监测和失稳前兆识别。传统 AE 参数，包括 AE 能量、计数、事件率和 b 值，可以有效反映损伤积累、能量释放增强以及大规模断裂事件比例的变化 [20], [21]。上升时间 - 幅值比 (RA) 和平均频率 (AF)，分别计算为上升时间除以幅值和计数除以持续时间，为区分拉张和剪切断裂以及识别断裂源机制提供了基础 [22], [23], [24], [25]。然而，对于包含弱界面和预存缺陷的红砂岩 - 混凝土复合材料，裂纹可能在红砂岩内萌生，沿岩 - 混凝土界面扩展，或在混凝土侧诱导劈裂。它们的 AE 响应受到裂纹源尺度、传播路径、界面散射和材料对比度的共同影响。在这种情况下，事件尺度的 AE 标量参数往往不足以表征峰值破坏前波形谱结构的连续演化。同时，传统的线性 RA–AF 判别边界可能无法充分适应复杂缺陷条件下 AE 事件的离散和非线性分布。因此，有必要在 AE 能量演化分析之外，引入更具适应性的高斯混合模型 (GMM) 辅助 RA–AF 方法 (GMM–RA–AF) 来识别断裂模式转换 [26], [27], [28], [29], [30]。更重要的是，从稳定损伤到局部失稳的转变应进一步从波形谱结构的角度进行解释。
近年来，梅尔频率倒谱系数 (MFCCs) 越来越多地被引入岩石和类岩石材料的 AE 波形分析中 [31], [32], [33], [34]。与传统 AE 统计参数不同，MFCCs 通过滤波器组加权、对数压缩和离散余弦变换 (DCT) 将原始 AE 波形转换为低维谱包络特征。它们能够表征裂纹扩展过程中的频带能量重新分布和谱形调整 [35], [36]。对于受耦合缺陷 - 界面相互作用控制的复合破坏，裂纹源机制、传播路径和界面散射条件的变化必然导致 AE 谱结构的重建。然而，大多数现有研究集中在 MFCCs 区分断裂阶段或岩性差异的能力上。MFCCs 能否揭示复合界面试件的峰值前谱状态转变，以及这种谱异常如何转化为客观的前兆准则，仍有待充分讨论。贝叶斯在线变化点检测 (BOCPD) 提供了一种可行的工具，用于识别非平稳序列中的统计状态突变 [37], [38], [39], [40]。然而，将 BOCPD 与基于 MFCC 的 AE 谱特征结合用于岩石 - 混凝土复合材料断裂前兆识别的研究仍然有限 [31], [37], [38], [39], [40]。
在本研究中，含有两条平行预存缺陷的红砂岩 - 混凝土复合试件在同步 AE 监测下进行单轴压缩。主要目标是揭示缺陷倾角和岩 - 混凝土界面...
