岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (10): 3399-3423.doi: 10.16285/j.rsm.2025.1159CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.1159
陈光波1, 2,郑绍黄1,唐薇1,李谭1, 2,王创业1,王二雨1, 刘业娇1,张国华3,张俊文4,刘刚3,嘉颜悦5
CHEN Guang-bo1, 2, ZHENG Shao-huang1, TANG Wei1, LI Tan1, 2, WANG Chuang-ye1, WANG Er-yu1, LIU Ye-jiao1, ZHANG Guo-hua3, ZHANG Jun-wen4, LIU Gang3, JIA Yan-yue5
摘要: 地下深部工程中,大水矿山或富水开采条件下,工程岩体的稳定性深受地下水浸入的影响。为揭示不同浸水深度作用下砂岩的裂纹演化特征与岩爆倾向性,开展了0、20、40、60、80、100 mm 6种不同浸水深度砂岩试样单轴压缩和声发射试验与微观扫描电镜分析。结果表明:(1)随浸水深度的增加,试样弹性模量和抗压强度均发生不同程度劣化,浸水0~20 mm阶段降低幅度最大。(2)随浸水深度的增加,声发射高频信号逐渐增加,小尺度断裂逐渐增多,低频声发射累计能量逐渐减小,由747 980.30 mV·ms降至31 084.71 mV·ms,试样断裂尺度逐渐减弱;试样破坏临界点声发射r值逐渐减小,由1.84降至1.14,能量集中程度逐渐降低,破坏模式转向静态破坏。(3)随浸水深度的增加,试样破坏裂纹数量逐渐增加,声发射定位点裂纹能量却减小,浸水100 mm时,能量主要集中在16.4~32.8 mV·ms范围内,裂纹大尺度断裂减少,小尺度断裂逐渐增多。(4)综合考虑弹性应变能、破坏过程能量耗散及破坏时间等多种因素,提出一种岩爆倾向性新判据——剩余能量释放速率指数 WT ;运用剩余能量释放速率指数 WT 和弹性-冲击综合能量指数XE 评价不同浸水深度砂岩试样岩爆倾向性,均为弱岩爆倾向,且指标值随浸水深度的增加逐渐减小;将弱岩爆分为弱岩爆-高倾向、弱岩爆-中倾向与弱岩爆-低倾向3个亚类。(5)不同浸水深度作用下破坏裂纹为拉伸剪切复合裂纹,破坏模式由剪切破坏向拉伸剪切复合破坏转变;建立了浸水砂岩多尺度失稳模型,揭示了水力耦合作用下砂岩微观-细观-宏观失稳机制:水岩作用导致矿物颗粒及黏土矿物溶蚀与微裂隙生成,荷载作用下微裂纹扩展、贯通及断裂,最终形成宏观裂纹,试样失稳破坏。研究结果可为受浸水深度影响的工程岩体稳定性评价及岩爆预测提供一定参考。
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