循环加卸载下裂隙砂岩变形破坏及声发射响应特征
朱宁强
李学龙
陈绍杰
陈德友
梅城玮
马行之
山东科技大学 能源与矿业工程学院,山东 青岛 266590;山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东 青岛 266590
摘要：在煤矿开采活动中,周期性的采掘扰动导致裂隙岩体承受循环载荷的作用,开展了不同加卸载幅值条件下裂隙砂岩的循环加卸载试验,分析了裂隙砂岩在循环加卸载下的力学特征、变形破坏与声发射响应特征以及损伤演化规律,从宏细观结构变化方面揭示了循环载荷对裂隙砂岩力学特性强化与劣化机制.结果表明:① 随着循环加卸载幅值的增大,循环加卸载后裂隙砂岩的峰值载荷、弹性模量、峰值应变均呈先增大后减小的趋势;经过以 40%单轴抗压强度(σ0)与 60%σ0 为幅值进行循环加卸载后的砂岩强度较高,变形局部化带错动量突增的时间相对较晚,砂岩最终破坏程度剧烈;当循环幅值增加至 80%σ0 时,在加卸载过程中局部化带错动量表现相对活跃.② 40%σ0 与 60%σ0 为幅值进行加卸载的试样由于颗粒间的滑动摩擦,导致声发射事件较多;当循环幅值增加至 80%σ0 时,由于试样内部产生了大尺度新生裂隙,发生了高振幅的声发射事件;试样的AF/RA值表明随着循环幅值增加试件循环加卸载后的最终破坏类型由拉伸破坏转变为剪切破坏.③ 结合对砂岩破坏后断面的SEM分析,提出了循环加卸载下裂隙砂岩强度强化与劣化机制概化模型:在中低幅值扰动下薄弱结构断裂效应和压密嵌固效应导致裂隙砂岩密实和剧烈破坏;高幅值扰动下砂岩加载时剪切裂纹扩展,卸载时张拉裂纹发育.④ 在 60%σ0～80%σ0 存在一个门槛值,当循环幅值超过此门槛值,砂岩的损伤变量增长迅速,随着循环幅值的增加耗散能及耗散能占比逐渐增加.研究成果可为煤岩动力灾害监测预警与防控提供数据参考.
关键词：循环加卸载裂隙砂岩变形局部化带裂纹扩展形式声发射疲劳损伤机制
分类号：TU45(土力学、地基基础工程)
资助基金：国家自然科学基金(U23A20600)国家自然科学基金(52574258)泰山学者工程资助项目(tsqnz20221140)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-16（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 67-85 )
英文信息