›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (S1): 103-112.doi: 10.16285/j.rsm.2017.S1.012

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

石英砂岩力学特性及各向异性试验研究

彭剑文1,曾飞涛2,李长洪1,苗胜军1   

  1. 1. 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 1000083;2. 大连理工大学 工程力学系,辽宁 大连 116024
  • 收稿日期:2016-12-14 出版日期:2017-06-22 发布日期:2018-06-05
  • 通讯作者: 李长洪,男,1962年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩石力学研究与教学工作。E-mail:lch@ustb.edu.cn E-mail:penruan@126.com
  • 作者简介:彭剑文,男,1987年生,博士研究生,主要从事试验岩石力学研究方面的工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 51574014)。

Experimental study of anisotropy and mechanical property of quartz sandstone

PENG Jian-wen1, 2, ZENG Fei-tao2, LI Chang-hong1, MIAO Sheng-jun1   

  1. 1. Key laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines, University of Science and Technology Beijing, Beijing 1000086, China; 2. Department of Engineering Mechanics,Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China
  • Received:2016-12-14 Online:2017-06-22 Published:2018-06-05
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51574014).

摘要: 为研究不同应力条件下层理对高孔隙率岩石材料破坏模式、弹性模量以及强度的影响,针对各向异性的石英砂岩,采用静水预压缩–增大轴向应力的加载方式,进行了多组带有不同层理角度试样的三轴试验。试验结果表明,不同应力条件下各向异性的石英砂岩试样表现出不同的变形破坏特征,以30 MPa围压为界,低围压范围内破坏模式为剪切型破坏,在该范围内随着围压增大破坏面由倾斜转向水平,并受到试样层理角度不同程度的影响,高围压范围内受到层理的影响分为剪切屈服和体积屈服两种破坏模式;随着围压的增大,新闭合的孔隙裂纹数目减少,各向异性对弹性模量的影响呈现降低趋势,弹性模量增长速率降低,弹性模量在层理分布角度 = 60°时都会出现下降的现象;不同层理分布试样的强度曲线呈U型,围压在0~20 MPa范围内试样 =30°强度最低,围压在30~60 MPa范围内强度最低试样转化到 = 45°附近;不同层理角度石英砂岩的强度特征系数随着围压的增大而逐渐减小,围压大于30 MPa后该系数逐渐趋于稳定。

关键词: 岩石层理, 三轴试验, 各向异性, 破坏模式, 围压

Abstract: To investigate the effect of bedding on failure mode, elastic modulus and strength of rock with high porosity under different stress conditions, several groups of triaxial tests on specimen with different bedding angles are conducted with pre-hydrostatic compression and axial stress increasing mode. The results show that the anisotropic quartz sandstone showed different characteristics of deformation damage under different stress conditions. With 30 MPa as dividing line of confining pressure, shear failure mode happened in the range of low confining pressure and as the confining pressure increased, fracture surface turned slope to horizontal and is influenced by the bedding. In range of high confining pressure, under the influence of bedding, failure mode could be divided to shear yield and volumetric yield. As the confining pressure increased, the number of newly closed crack reduce, the effect of anisotropy to elastic modulus showed reducing trend and the average increasing rate of Young’s modulus decreased. Young’s modulus of all specimen declined at bedding angle = 60°. Strength curves of different specimen with different bedding angles showed U shape. The minimum compressive strength in range of 0-20 MPa confining pressures showed at the bedding angles = 30°; while in 30-60 MPa transferred to = 45°. Feature coefficient of compressive strength for quartz sandstone with different bedding angles decreases as the confining pressure increases, and keep constant as confining pressure is over 30 MPa.

Key words: rock bedding, triaxial test, anisotropy, failure mode, confining pressure

中图分类号: 

  • TU 452

[1] 孟庆彬, 王杰, 韩立军, 孙稳, 乔卫国, 王刚, . 极弱胶结岩石物理力学特性及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 19-29.
[2] 李超, 李涛, 荆国业, 肖玉华. 竖井掘进机撑靴井壁土体极限承载力研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 227-236.
[3] 李丽华, 余肖婷, 肖衡林, 马强, 刘一鸣, 杨 星, . 稻壳灰加筋土力学性能研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2168-2178.
[4] 杨志浩, 岳祖润, 冯怀平, . 非饱和粉土路基内水分迁移规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2241-2251.
[5] 黄巍, 肖维民, 田梦婷, 张林浩, . 不规则柱状节理岩体力学特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2349-2359.
[6] 王康宇, 庄妍, 耿雪玉, . 铁路路基粗粒土填料临界动应力试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1865-1873.
[7] 洪陈杰, 黄曼, 夏才初, 罗战友, 杜时贵, . 岩体结构面各向异性变异系数的尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2098-2109.
[8] 侯志强, 王宇, 刘冬桥, 李长洪, 刘昊. 三轴疲劳-卸围压条件下大理岩力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1510-1520.
[9] 李宗泽, 姜德义, 范金洋, 陈 结, 刘 伟, 吴 斐, 杜 超, 康燕飞. 盐岩三轴间隔疲劳特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1305-1312.
[10] 赵明华, 彭文哲, 杨超炜, 肖尧, 刘亚楠. 斜坡地基刚性桩水平承载力上限分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 727-735.
[11] 孟庆彬, 钱唯, 韩立军, 蔚立元, 王丛凯, 周星, . 极弱胶结岩体再生结构的形成机制 与力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 799-812.
[12] 江南, 黄林, 冯君, 张圣亮, 王铎, . 铁路悬索桥隧道式锚碇设计计算方法研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 999-1009.
[13] 徐杰, 周建, 罗凌晖, 余良贵, . 高岭-蒙脱混合黏土渗透各向异性模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 469-476.
[14] 梁珂, 陈国兴, 刘抗, 王彦臻, . 饱和珊瑚砂最大动剪切模量的 循环加载衰退特性及预测模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 601-611.
[15] 魏纲, 张鑫海, 林心蓓, 华鑫欣, . 基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 635-644.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!