动载循环作用下砂岩的动态力学响应及破坏特征
赵光明
秦志宏
孟祥瑞
安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽 淮南 232001;安徽理工大学 深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 232001
摘要：针对深部矿井开采过程中岩体自稳能力差、动力灾害频发等问题,采用自主研发的ZST-1500微机控制电液伺服煤岩动静组合自适应耦合试验系统,开展了不同幅值与频率的砂岩单轴动载扰动试验,分析了动载作用下砂岩动态力学响应规律与破坏特征.研究结果表明:(1)随动载幅值增加,砂岩滞回环由"疏-密"向"疏-密-疏"变化,依据动载循环期间试样塑性变形量,将动载周期划分为对数上升阶段Ⅰ、匀速损伤阶段Ⅱ和指数加速阶段Ⅲ.(2)动载对试样强度的弱化作用存在阈值,当动载水平为 70%σc时,诱发砂岩发生破坏的幅值阈值在17.5%～22.5%σc范围内,低于阈值的动载作用不会造成砂岩失稳,越过阈值后砂岩强度、破坏前动载持续时间与动载幅值及频率均成负相关.(3)动载幅值与频率对砂岩弱化作用机制存在差异,动载幅值、频率均与动载单次循环平均塑性变形Δ(ε¯)(i)成正相关,但Δ(ε¯)(i)对动载幅值更为敏感,在阶段Ⅰ、Ⅱ内随幅值增大呈指数型增长.动载幅值主要通过提升塑性变形量来实现对砂岩的弱化作用;而动载频率提升降低了动载循环间隔,在砂岩内部形成小增量、短时、连续的损伤,从而实现对砂岩的弱化作用.(4)砂岩AE信号累计能量与振铃计数率随动载幅值的增大呈指数型变化,也随动载频率的增加同步增长.随着动载幅值增加,砂岩微观裂隙起裂、扩展程度递增,剪切裂纹占比增大;随着动载频率增大,砂岩拉伸裂纹占比增大.
关键词：岩石力学砂岩循环动载动态力学响应渐进损伤
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC2907602)安徽省高校优秀科研创新团队资助项目(2022AH010053)国家自然科学基金(52342404)安徽省科技重大专项资助项目(202203a07020011)高校协同创新资助项目(GXXT-2021-075)
论文发表日期：2025-02-27
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 18-33 )
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