岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (S1): 53-66.doi: 10.16285/j.rsm.2024.0465CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.0465

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循环荷载作用下砂岩损伤演化的声发射与电阻率监测及理论研究

张胜1, 2,柏巍1,徐鼎平1,郑虹1,江权1,李志伟3,向天兵4   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力研究所 岩土力学与工程安全全国重点实验室,湖北 武汉 430071;2. 中国科学院大学,北京 100049; 3. 中交公路规划设计院有限公司,北京 100010;4. 中国电建集团 昆明勘测设计研究院有限公司,云南 昆明 650051
  • 收稿日期:2024-04-07 接受日期:2024-07-30 出版日期:2025-08-08 发布日期:2025-07-30
  • 通讯作者: 徐鼎平,男,1980年生,博士,研究员,主要从事深部岩体工程风险量化与数字孪生方面的研究工作。E-mail: dpxu@whrsm.ac.cn
  • 作者简介:张胜,男,2000年生,硕士研究生,主要从事深部岩体力学特性分析与测试方面的研究工作。E-mail: ZS15156083926@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No.52279117,No.52325905);中国电力建设股份有限公司科技项目(No.DJ-HXGG-2023-16,No.DJ-HXGG-2023-04)。

Experimental and theoretical study on sandstone damage evolution under cyclic loading based on acoustic emission and resistivity monitoring

ZHANG Sheng1, 2, BAI Wei1, XU Ding-ping1, ZHENG Hong1, JIANG Quan1, LI Zhi-wei3, XIANG Tian-bing4   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering Safety, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. China Communications Highway Planning and Design Institute Co., Ltd., Beijing 100010, China; 4. Power China Kunming Engineering Co., Ltd., Kunming, Yunnan 650051, China
  • Received:2024-04-07 Accepted:2024-07-30 Online:2025-08-08 Published:2025-07-30
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52279117, 52325905) and the Technology Project of Power China (DJ-HXGG-2023-16, DJ-HXGG-2023-04).

摘要: 岩石在循环荷载作用下产生的裂隙会降低其强度,因此研究岩石损伤演化过程具有重要意义。声发射和电阻率监测技术能够通过追踪岩石裂隙的变化来反映其损伤状态,因此可以结合这些参数来表征岩石在循环加卸载状态下的损伤过程。针对不同含水率的砂岩试样,采用声发射和电阻率监测技术对循环荷载作用过程中的岩石损伤进行监测。同时,利用计算机断层成像技术获取破裂后岩石裂隙的分布状态。基于声发射和电阻率参数,建立了损伤变量方程,并推导出单轴循环加卸载作用下的损伤本构方程。研究结果表明,以声发射和电阻率参数构建的损伤变量方程能够有效地反映砂岩在加载与卸载阶段的损伤演化过程。进一步,所提出的损伤本构方程与试验结果拟合较好,证明了该方程在研究循环荷载作用下砂岩的损伤演化规律方面具有实用价值。

关键词: 砂岩, 声发射, 电阻率, 单轴分级循环加卸载, 损伤本构方程

Abstract: Cyclic loading induces crack formation in rock, which weakens its structural integrity. It is crucial to investigate the damage evolution process. Acoustic emission (AE) and resistivity monitoring technology can effectively track rock damage by detecting changes in fracture patterns. Integrating AE and resistivity parameters allows for a comprehensive characterization of damage progression during cyclic loading and unloading. This study employed AE and resistivity monitoring to examine damage in sandstone specimens with varying moisture contents under cyclic loading. Computed tomography (CT) scans were utilized to map crack distributions post-fracture. Using AE and resistivity parameters, damage variable equations were developed, leading to the derivation of a constitutive model for uniaxial cyclic loading and unloading. The results demonstrate that the damage variable equations accurately capture the damage evolution of sandstone during loading and unloading. The close agreement between the constitutive model’s predictions and experimental data highlights its practical utility for studying cyclic damage in sandstone.

Key words: sandstone, acoustic emission, resistivity, uniaxial grading cyclic loading and unloading, damage constitutive equation

中图分类号: TU452
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