非均布载荷下砂岩裂隙填充力学响应与裂纹演化机制
刘刚1
昝永龙2
王盛旋2
王淼3
1.黑龙江科技大学 矿业工程学院,黑龙江 哈尔滨 150022;黑龙江科技大学 黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150022;宝泰隆新材料股份有限公司,黑龙江 七台河 1546042.黑龙江科技大学 矿业工程学院,黑龙江 哈尔滨 150022;黑龙江科技大学 黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室,黑龙江 哈尔滨 1500223.黑龙江省水利科学研究院,黑龙江 哈尔滨 150080
摘要：巷道围岩常受其内部裂隙结构及复杂非均布载荷的耦合作用,引起应力分布畸变和局部破坏加剧,导致其整体承载能力降低并增加了失稳风险.为探究非均布载荷作用下不同裂隙特征砂岩的裂纹扩展演化规律,以完整砂岩试样、预制矩形裂隙试样和填充裂隙试样为研究对象,采用自研非均布载荷试验装置,结合DIC全场应变测量、声发射技术及FLAC3D数值模拟,对非均布载荷下裂隙试样的裂纹扩展、声发射特征、应力场与塑性区演化进行了分析.试验结果表明:砂岩峰值强度受形态控制显著,不同试样峰值强度表现为完整试样>填充裂隙试样>预制裂隙试样;引入损伤因子P来量化试样劣化程度,完整、预制裂隙、填充裂隙试样的劣化程度呈先增后减趋势.加载方式决定砂岩裂纹扩展路径,形态特征决定破坏模式:完整试样以拉伸破坏为主,预制裂隙试样为拉-剪混合破坏,填充裂隙试样为剪切破坏.试样声发射活动均由静息期向活跃期转化,累计振铃计数呈阶梯式递增,其与b值呈显著负相关关系;完整试样在静息期保持较高的b值,而预制裂隙试样在失稳破坏阶段表现出显著的b值下降;不同结构试样的声发射峰值频率分布特征表现出明显差异.砂岩内部应力表现出与局部载荷正相关的梯度分布,不同区域峰值强度存在延迟性;应力梯度控制塑性区演化,决定裂纹扩展路径与贯通程度.研究可为含裂隙岩体支护设计与围岩稳定性分析提供理论依据.
关键词：裂隙注浆声发射非均布载荷DIC应变特征数值模拟
分类号：TD313(矿山压力与支护)
资助基金：黑龙江省自然科学基金优秀青年项目(YQ2023E039)国家自然科学基金(52374199)
论文发表日期：2026-03-31
在线出版日期：2026-04-08（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 465-483 )
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