岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (6): 2041-2054.doi: 10.16285/j.rsm.2025.00353CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.00353
姜明伟1, 2, 3, 4,梁运涛1, 2, 3,薛珊珊4, 5,李海涛4, 5,何团4, 5, 杨成1, 4,杨冠宇4, 5,马举6,彭超7
JIANG Ming-wei1, 2, 3, 4, LIANG Yun-tao1, 2, 3, XUE Shan-shan4, 5, LI Hai-tao4, 5, HE Tuan4, 5, YANG Cheng1, 4, YANG Guan-yu4, 5, MA Ju6, PENG Chao7
摘要:
在深部煤炭开采过程中,层间岩体在高静应力与低频动载耦合作用下,易发生破裂与失稳,进而诱发动力灾害。为探究低频扰动条件下岩石破裂、变形及力学响应特征,开展了不同加载速率下含孔砂岩试样的单轴压缩试验。重点分析了扰动作用下砂岩裂纹演化规律、破碎弹射模式及动态应变响应特征。研究结果表明:(1)加载速率对砂岩力学性质具有显著影响,峰值强度随加载速率呈非线性增长。当加载速率提高至5倍时,单孔、双孔及三孔试样的平均峰值强度分别提高了9.67%、14.64%和9.44%。然而,随着孔洞数量的增加,砂岩整体承载能力下降,其平均峰值强度分别降低了12.58%、12.15%和13.23%。(2)砂岩的声发射(acoustic emission,简称AE)特征及应力−时间演化曲线均呈现明显拐点特征。在裂纹萌生阶段,AE活动较为微弱,而在破坏前AE事件出现显著突增,AE能量呈指数级增长。该特征可作为低频扰动条件下高应力砂岩发生动力失稳的重要前兆信息。(3)根据破坏形态以及表面剥落与块体弹射程度,砂岩破坏可划分为3种类型。I型、II型和III型试样的峰值强度比σc/σz平均值分别为0.959、0.765和0.687,表明不同破坏模式下其力学性质存在显著差异。(4)岩石试样的应变分布与孔洞数量密切相关。随着孔洞数量增加,加载过程中孔间逐渐形成明显的应力屏蔽区及水平拉应变集中区,这些区域成为裂纹扩展的主要通道。
中图分类号: TD82| [1] | 刘一鸣, 李振, 冯国瑞, 杨鹏, 白锦文, 黄炳雄, 李东, . 循环加卸载下裂隙砂岩声−热响应特征及前兆规律[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2773-2791. |
| [2] | 李满, 辛昊哲, 刘先珊, 张帆, 胡大伟, 杨福见, . 基于修正相场模型的岩体混合模式破裂数值研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2600-2612. |
| [3] | 马鹏飞, 张艺晨, 袁超, 徐茂洲, 郭小雄, . 软弱层岩体间隔破裂现象的近场动力学方法模拟[J]. 岩土力学, 2025, 46(7): 2296-2307. |
| [4] | 马春德, 康子豪, 阳文源, 谭观霜, 赵俊康, . 不同加载速率下花岗岩多期应力记忆方向独立性试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(6): 1709-1718. |
| [5] | 都海龙, 金爱兵, 秦文静, 商瑞豪, 王传江, 马赛, . 单轴压缩下水泥注浆煤岩力学性能及损伤特征研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(5): 1521-1533. |
| [6] | 许庆钊, 史文豹, 常聚才, 苗壮, 闫澳运, 李传明, 齐潮. 不同加载速率含水煤样力学响应及宏微观破坏机制研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 881-893. |
| [7] | 周建, 廖星川, 刘福深, 尚肖楠, 沈君逸, . 应用卷积近场动力学快速模拟随机裂纹扩展[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 625-639. |
| [8] | 孙思瑞, 杜献杰, 冯国瑞, 刘文昊, 王军. 不同加载速率下岩充组合体的协同破坏特征研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3501-3512. |
| [9] | 王帅, 王豫徽, 王玲, 李佳祺, 赵梓皓, 庞凯旋, . 基于晶体模型的岩石孔隙结构与矿物组成对裂纹扩展影响机制研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3289-3301. |
| [10] | 祝恩阳, 陈玉堃. 考虑加载速率影响的结构性软黏土统一硬化模型[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 63-72. |
| [11] | 韩勇, 李树忱, 袁超, 冯现大, 王修伟, . 单轴压缩下薄喷裂隙红砂岩力学性质与裂纹扩展特征分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2583-2594. |
| [12] | 张朝俊, 吴顺川, 储超群, 庞瑞, . 裂隙砂岩应变场演化与超声时移衰减特征研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1284-1296. |
| [13] | 张宪尚, 文光才, 朱哲明, 隆清明, 刘杰, . 冲击荷载下充填节理岩体I型裂纹动态扩展特性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 396-406. |
| [14] | 刘勇健, 傅杨攀, 赖明洋, 李彰明, 方昊圆, 谢治堃, . 冲击荷载下土体动力响应与加载速率效应研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2485-2494. |
| [15] | 梁东旭, 张农, 荣浩宇, . 交叉裂隙岩体裂纹扩展试验及混合有限−离散元数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1217-1229. |
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