岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (3): 771-783.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0448

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

循环扰动和高温作用下砂岩的岩爆倾向性及破坏特征研究

张平1, 2，任松1, 2，张闯1, 2，吴斐1, 2，隆能增1, 2，李凯鑫1, 2   

  1. 1. 重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400044；2. 重庆大学 资源与安全学院，重庆 400044
  • 收稿日期:2022-04-05 接受日期:2022-07-17 出版日期:2023-03-21 发布日期:2023-03-24
  • 通讯作者: 任松，男，1975年生，博士，教授，主要从事岩土工程及可靠度等方面的教学与研究工作。E-mail: rs_rwx@163.com E-mail:zhangpgut@163.com
  • 作者简介:张平，男，1991年生，博士研究生，主要从事隧道工程及岩爆预测等方面研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目（No.52074048）

Rockburst tendency and failure characteristics of sandstone under cyclic disturbance and high temperature

ZHANG Ping1, 2, REN Song1, 2, ZHANG Chuang1, 2, WU Fei1, 2, LONG Neng-zeng1, 2, LI Kai-xin1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. College of Resources and Safety Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China
  • Received:2022-04-05 Accepted:2022-07-17 Online:2023-03-21 Published:2023-03-24
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52074048).

PDF (Chinese)

112

摘要： 为了揭示循环扰动和高温影响下砂岩的岩爆机制，开展了循环扰动和高温作用下砂岩单轴压缩试验和CT扫描试验，研究了不同条件下砂岩的力学特性、岩爆倾向性及破坏特征，探讨了岩爆倾向性与破坏特征的关系。研究结果表明：循环扰动和高温对砂岩的力学性能及岩爆倾向性影响效果显著；无循环扰动砂岩的单轴抗压强度、弹性模量及岩爆倾向性随温度的升高呈先增加后降低的趋势，200 ℃为该类砂岩的阈值温度，受循环扰动砂岩的力学特性及岩爆倾向性随温度的上升而降低；而砂岩的力学特性及岩爆倾向性随循环应力幅值增加而下降；随着循环应力幅值和温度的增加，砂岩破坏模式由劈裂破坏向剪切破坏转变，同时砂岩的岩爆倾向性与裂隙三维分形维数呈良好的负相关关系；此外，高温对砂岩的力学性能、岩爆倾向性及破坏程度影响效果强于循环扰动。研究结果可为高温工程岩爆防治提供理论依据和工程参考价值。

关键词: 循环扰动, 高温, 砂岩, 力学特性, 岩爆倾向性, 破坏特征

Abstract: This paper aims to reveal the rockburst mechanism of sandstone under cyclic disturbance and high temperature. The uniaxial compression tests and CT scan tests on sandstone after different cyclic amplitudes and temperatures were conducted to investigate the mechanical properties, rockburst tendency and failure characteristics of sandstone specimens. The rockburst tendency and failure characteristics of specimen were analyzed. Results showed that the effects of high temperature and cyclic disturbance on the mechanical properties and rockburst tendency of sandstone were significant. The compressive strength, elastic modulus and rockburst tendency of specimens without cyclic disturbances tended to first increase and then decrease as temperature increased, and the threshold temperature was 200 ℃; while those with cyclic disturbances decreased as temperature increased, and the mechanical properties and rockburst tendency of sandstone decreased with increasing the cyclic stress amplitude. The uniaxial compression failure mode shifted from splitting failure to shear failure with the increase of cyclic amplitude and temperature, and the rockburst tendency had a good negative relationship with the three-dimensional fractal dimension of fracture. In addition, the effect of high temperature on the mechanical properties, rockburst tendency and failure degree of sandstone was stronger than that of cyclic disturbance. The research results can provide theoretical basis and engineering reference for the prevention and control of rockburst in high temperature engineering.

Key words: cyclic disturbance, high temperature, sandstone, mechanical properties, rockburst tendency, failure characteristics

中图分类号: 

  • TU451
[1] 李满, 刘先珊, 潘玉华, 乔士豪, 郝梓宇, 钱磊, 罗晓雷, . 循环热冲击后裂隙砂岩力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1260-1270.
[2] 王家全, 仲文涛, 黄世斌, 唐毅, . 模块式加筋土挡墙模型试验及静动力学性能研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1435-1444.
[3] 杨忠平, 李进, 刘浩宇, 张益铭, 刘新荣, . 土石混合体−基岩界面剪切力学特性块石尺寸效应[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 965-974.
[4] 王伟, 张宽, 曹亚军, 陈超, 朱其志, . 层状千枚岩各向异性力学特性与脆性评价研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 975-989.
[5] 梁靖宇, 沈万涛, 路德春, 齐吉琳, . 考虑沉积角影响的冻结砂土单轴压缩试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1065-1074.
[6] 罗宇杰, 张杨, 刘容妃, 胡大伟, 周辉, 肖海斌, . 基于毫米压痕测试获取致密砂岩弹性模量的研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1089-1099.
[7] 孙晓明, 姜铭, 王新波, 臧金诚, 高祥, 缪澄宇, . 万福煤矿不同含水率砂岩蠕变力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 624-636.
[8] 荣浩宇, 王伟, 李桂臣, 许嘉徽, 梁东旭, . 岩石−锚固剂结构水化失稳微观力学特性[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 784-798.
[9] 郭佳奇, 程立攀, 朱斌忠, 田永超, 黄鑫. 持续开挖效应下结构面剪切力学性质与能量特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 131-143.
[10] 王磊, 陈礼鹏, 刘怀谦, 朱传奇, 李少波, 范浩, 张帅, 王安铖, . 不同初始瓦斯压力下煤体动力学特性及其劣化特征[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 144-158.
[11] 陈星, 李建林, 邓华锋, 党莉, 刘奇, 王兴霞, 王伟, . 卸荷蠕变条件下软硬相接岩层非协调变形规律研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 303-316.
[12] 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.
[13] 贾宝新, 陈国栋, 刘丰溥, . 高温下岩石损伤本构模型及其验证[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 63-73.
[14] 陈光波, 张俊文, 贺永亮, 张国华, 李谭, . 煤岩组合体峰前能量分布公式推导及试验[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 130-143.
[15] 徐浩淳, 金爱兵, 赵怡晴, 陈哲, . 热处理砂岩不同接触角巴西劈裂数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 588-597.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 沈 扬，周 建，龚晓南，刘汉龙,. 考虑主应力方向变化的原状软黏土应力应变性状试验研究[J]. , 2009, 30(12): 3720 -3726 .
[2] 李利平，李术才，张庆松. 岩溶地区隧道裂隙水突出力学机制研究[J]. , 2010, 31(2): 523 -528 .
[3] 张 文，王泽文，乐励华. 双重介质中的一类核素迁移数学模型及其反演[J]. , 2010, 31(2): 553 -558 .
[4] 李丽华，陈 轮，高盛焱. 翠湖湿地软土触变性试验研究[J]. , 2010, 31(3): 765 -768 .
[5] 胡亚元. 利用EVP模型确定堆载预压法的卸载时机[J]. , 2010, 31(6): 1827 -1832 .
[6] 章定文，韩文君，刘松玉. 初始应力各向异性状态下圆柱孔扩张机制分析[J]. , 2010, 31(S2): 104 -108 .
[7] 李克钢，侯克鹏，李 旺. 指标动态权重对边坡稳定性的影响研究[J]. , 2009, 30(2): 492 -496 .
[8] 洪 勇，孙 涛，栾茂田，郑孝玉，汪发武. 土工环剪仪的开发及其应用研究现状[J]. , 2009, 30(3): 628 -633 .
[9] 张乾兵，朱维申，李 勇，孙林锋，张 磊. 洞群模型试验中微型多点位移计的设计及应用[J]. , 2011, 32(2): 623 -628 .
[10] 李京爽，侯瑜京，徐泽平，梁建辉，张雪东，宋献慧. 砂土自由场地基水平垂直振动离心模拟试验[J]. , 2011, 32(S2): 208 -214 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发