岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S2): 231-244.doi: 10.16285/j.rsm.2021.2188
张东晓1, 2,郭伟耀1, 2,赵同彬1, 2,谷雪斌1, 2,陈玏昕1, 2
ZHANG Dong-xiao1, 2, GUO Wei-yao1, 2, ZHAO Tong-bin1, 2, GU Xue-bin1, 2, CHEN Le-xin1, 2
摘要: 为精准获得岩石I型裂纹扩展演化全过程,采用一种简易裂纹定向扩展装置开展了不同岩性试样裂纹扩展试验研究,借助声发射及数字散斑技术对裂纹扩展全过程进行了监测,建立了裂纹定向扩展力学模型,分析了裂纹扩展过程中声发射及变形场的演化规律,提出了评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,探讨了I型裂纹定向起裂扩展机制。结果表明:该简易裂纹定向扩展装置能够有效实现I型裂纹沿预定方向稳定扩展,其起裂角均小于10º,同时通过简化力学模型计算得到白砂岩、灰砂岩的裂纹扩展峰值强度与巴西劈裂抗拉强度相比偏差分别为22.76%、7.53%;根据变形场演化规律,可将裂纹扩展分为微裂隙发育(散斑变形场分区不明显)、主控裂纹孕育(散斑变形场出现分区现象)和主控裂纹扩展3个阶段;声发射演化过程可分为平静期、缓增期、急增期和降低期4个阶段,由于灰砂岩相较于白砂岩质地更致密、更坚硬,导致其声发射平静期长,而后3个阶段持续时间短;将载荷−位移曲线峰前与峰后的面积之比定义为评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,计算得到灰砂岩、白砂岩的CE分别为13~16、1~2,表明CE可有效评价岩石I型裂纹扩展难易程度;岩石I型裂纹起裂扩展机制可概况为:在加载峰值前裂隙尖端受最大拉应力作用,存储的弹性能快速增加、耗散能缓慢增加,但在加载峰值后裂隙尖端存储弹性能超过其储能极限迅速释放,此时输入能大部分转化为耗散能促进主控裂纹快速扩展。后续将对裂纹定向扩展试验装置进一步优化改进,以期为裂纹扩展机制、岩石破坏前兆信息、裂纹止裂原理等研究提供一种新方法,同时为工程现场煤岩层定向爆破、压裂、止裂等相关技术优化提供理论指导。
中图分类号:
[1] | 高峰, 熊鑫, 熊信, 周科平, . 饱和度对玄武岩微波响应的影响试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 43-51. |
[2] | 孙杰豪, 郭保华, 田世轩, 程坦, . 峰前循环剪切作用下岩石节理剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 52-62. |
[3] | 张涛, 徐卫亚, 孟庆祥, 王环玲, 闫龙, 钱坤, . 基于3D打印技术的柱状节理岩体试样 力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 245-254. |
[4] | 岑夺丰, 刘畅, 黄达. 灰岩层面拉剪力学特性及层面起伏效应研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 77-87. |
[5] | 朱星, 刘汉香, 胡桔维, 范杰, . 砂岩破坏声发射临界慢化前兆特征试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 164-172. |
[6] | 匡智浩, 李邵军, 杜灿勋, 邱士利, 吝曼卿, 杜三林, . 考虑应力变化速率的岩石脆性评价指标[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 293-300. |
[7] | 刘学伟, 刘泉声, 汪志强, 刘滨, 康永水, 王传兵, . 基于格栅拱架的软岩巷道分步联合控制技术研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 469-478. |
[8] | 申浩翰, 张海, 范俊锴, 徐瑞阳, 张小明. 离散单元法软件EDEM中接触半径对岩石 力学特性的影响及其应用[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 580-590. |
[9] | 孙冰, 唐文福, 曾晟, 侯珊珊, 方耀楚, . 基于自组织临界理论的岩石声发射能量 与时间的统计分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2525-2538. |
[10] | 李然, 王圣涛, 张顶立, 陈平, 潘红桂, 李奥, . 小净距隧道中夹岩对拉锚杆控制机制与工程应用[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1865-1876. |
[11] | 王刚, 宋磊博, 刘夕奇, 包春燕, 吝曼卿, 刘广建, . 非贯通节理花岗岩剪切断裂力学特性及 声发射特征研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1533-1545. |
[12] | 崔国建, 张传庆, 周辉, 卢景景, 高阳, 胡明明, 胡大伟, . 动力扰动作用下多功能岩石结构面剪切 试验装置研制与应用研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1727-1737. |
[13] | 唐旭海, 许婧璟, 张怡恒, 何琦, 王正直, 张国平, 刘泉声, . 基于微观岩石力学试验和NWA13618陨石的 小行星岩石力学参数分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1157-1163. |
[14] | 姜玥, 周辉, 卢景景, 高阳, . 空心圆柱砂岩真三轴试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 932-944. |
[15] | 王培涛, 刘智超, 马驰, 彭阿晓, 任奋华, 蔡美峰, . 基于Hough检测的节理岩体迹线信息快速识别 方法与应用研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(10): 2887-2897. |
|