法向扰动下裂隙砂岩的剪切力学性质与细观演化特征
张洁1
冯国瑞1
郭军2
文晓泽1
冯文明1
张旭1
张亮1
DIAS Daniel3
1.太原理工大学 矿业工程学院,山西 太原 030024;太原理工大学矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西 太原 0300242.太原理工大学 矿业工程学院,山西 太原 030024;太原理工大学矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西 太原 030024;CNRS DCM UMR 5250,University of Grenoble Alpes,F-38000 Grenoble,France3.CNRS DCM UMR 5250,University of Grenoble Alpes,F-38000 Grenoble,France
摘要：为探究裂隙岩体在扰动作用下的剪切力学行为和细观演化特征,开展了恒定作用下裂隙砂岩的直剪试验,采用PFC2D建立了不同裂隙角度离散元模型,分析了法向恒定和扰动作用下试样的剪切强度和破坏特征;基于剪切过程中细观演化规律,揭示了扰动作用下裂隙砂岩的裂纹扩展规律和能量耗散机理.研究结果表明:①预制裂隙使岩石剪切强度显著降低,两种加载模式下不同裂隙角度的剪切强度降幅分别为 9.79%～20.28%和 11.12%～16.78%;随着裂隙角度增加,应力-应变曲线斜率降低,剪切强度和峰值位移呈现出先增大后减小的趋势,具有明显的角度效应,剪切强度与裂隙角度成三次函数关系;法向扰动削弱了角度效应的影响,使岩石抵抗剪切变形的能力减弱,破坏提前.②在剪切过程中,岩石内部力链呈现出与荷载方向一致的演化趋势,微裂纹主要从试样两端和预制裂隙两端萌生和发育;微裂纹倾角主要分布在20°～80°,破坏后剪切裂纹占比为 78%～81%,扰动作用使该过程中产生的各类裂纹增多,起裂位移减小,剪切裂纹占比增大.③AE振铃计数的发展可分为平静期、缓增期、爆发期和稳定期,扰动作用下"平静期"较短,且在"缓增期"呈现出阶梯性增长趋势.④扰动作用下的剪切试验,试样失效点的总能量较低;直至试样破坏,大部分输入能都以弹性应变能的形式储存在试样中,且在扰动作用下的弹性能显著低于恒定作用下的,降幅达到 9.87%～13.94%;扰动使试样储能能力降低,耗散能增加,更容易产生裂纹从而破坏.
关键词：裂隙岩体法向扰动剪切特性细观演化能量耗散
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51925402)国家自然科学基金(52334005)山西省科技重大专项资助项目(20201102004)
论文发表日期：2025-04-30
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( 178-193 )
英文信息