真三轴压缩下中、小主应力卸载应力路径与速率对砂岩能量演化特征的影响
刘之喜1
赵光明2
孟祥瑞2
秦志宏2
1.铜陵学院建筑工程学院,安徽铜陵 2440612.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
摘要：煤矿深部开采过程中,受开挖卸荷的影响,深部岩石经历的卸载应力路径和卸载速率复杂多变.不同的应力路径和速率可能导致岩石不同的变形和破坏特征.为了理解深部岩石在真三轴卸载过程中,复杂应力环境下应力变化对岩石能量演化和损伤的影响,采用设计的真三轴应力平衡卸载试验分析真三轴卸载主应力试验的能量和损伤.首先,开展不同卸载应力路径与速率下的砂岩真三轴卸载主应力试验(σx-σy-σz试验和σy-σx-σz试验);然后,设计一种无损伤卸载的真三轴应力平衡卸载试验,并采用声发射技术验证卸载过程的无损伤特征,在该试验的基础上,提出真三轴卸载主应力试验的能量分析方法;最后,通过分析卸载完成后试样外表面裂纹开裂程度与能量耗散联系,阐明卸载应力路径与速率对岩石损伤影响.结果表明:在某一主应力方向卸载过程中,其他主应力方向的输入应变能密度、弹性应变能密度和耗散应变能密度均会增大,且随着卸载速率的增大,非卸载方向的输入应变能密度、弹性应变能密度和耗散应变能密度也相应增大.此外,卸载主应力方向释放的岩石储能随着卸载速率的增大而增大,并且沿卸载方向释放的储能明显低于该方向的储能.通过比较σx-σy-σz试验和σy-σx-σz试验的结果,发现耗散应变能密度与砂岩损伤程度呈正相关性,即卸载主应力产生的耗散应变能密度越大,岩石损伤程度越高,且σy-σx-σz试验的卸载应力路径更容易引发岩体损伤.
关键词：应力路径卸载速率真三轴应变能密度损伤
分类号：TD355(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51974009)安徽省高校科学研究项目(2024AH051854)铜陵学院高层次人才科研启动基金资助项目(2024tlxyrc040)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 3900-3915 )
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