基于亚临界裂纹扩展的岩石蠕变-冲击变形破裂特征
张广超1
周泽森1
周广磊1
徐涛2
Heinz KONIETZKY3
赵西坡4
黄贺4
刘宇航1
1.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 2665902.东北大学岩石破裂与失稳研究中心,辽宁沈阳 1108193.弗莱贝格工业大学岩土工程系,弗莱贝格09599,德国4.兖矿能源集团股份有限公司,山东济宁 272000
摘要：在深部资源开采过程中,深部岩石长期承受高应力及动载扰动,冲击地压、岩爆等动力灾害频发,严重制约了深部资源的安全高效生产.为研究深部岩石在蠕变和冲击载荷共同作用下的变形破坏机制,基于亚临界裂纹扩展理论及断裂力学理论建立了岩石蠕变模型,通过统一时间尺度的方式实现了蠕变和冲击2个不同应变率范围载荷的统一求解,并基于二维块体离散元软件UDEC开发了岩石在蠕变和冲击共同作用下的数值模型,在验证该模型的基础上,研究了不同蠕变应力水平和不同冲击载荷对岩石变形破裂特征的影响.研究表明:基于亚临界裂纹扩展理论的岩石蠕变-冲击模型能较好地描述岩石初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段,且该数值模型可以准确地模拟冲击载荷后蠕变应变增加及蠕变破坏时间缩短的效应;随着亚临界裂纹常量B增大或应力腐蚀指数n减小,岩石稳态蠕变阶段应变率增大,岩石稳态蠕变阶段及蠕变破坏寿命缩短;随着蠕变应力水平的增加,岩石瞬时弹性应变及稳态蠕变阶段相同冲击载荷引起的瞬时应变随蠕变应力水平的增加而增加,且岩石在蠕变和冲击的作用下的破坏时间具有明显的非线性特征;随着冲击载荷增加,岩石的瞬时应变明显增大,在高冲击载荷下具有更快的增长率,且岩石失稳破坏时间随冲击载荷的变化差异明显,在高冲击载荷下,岩石试样失稳破坏时间明显缩短.
关键词：亚临界裂纹扩展蠕变冲击离散元数值模拟破裂模式
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52204098)山东省自然科学基金优秀青年基金资助项目(ZR202211070181)山东省自然科学基金资助项目(ZR2022QE123)
论文发表日期：2025-03-31
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：14( 1527-1540 )
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