加载速率和饱水对砂岩力学行为和微观损伤特征的影响

作     者：王云飞 刘晓 王立平 李志超 陈岩 荣腾龙 WANG Yunfei;LIU Xiao;WANG Liping;LI Zhichao;CHEN Yan;RONG Tenglong

作者机构：河南理工大学土木工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 

出 版 物：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2022年第39卷第2期

页      面：421-428页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：国家自然科学基金项目(U1604142) 河南省高等学校重点科研项目(21A440011) 河南省重点研发与推广项目(212102310405)。 

主　　题：砂岩 加载速率 强度 应变能 损伤特征 

摘      要：为明确加载速率和饱水对砂岩力学特性和微观损伤机制的综合影响,在岩石力学测试仪进行了加载速率在0.001~0.1 mm/s范围内9级速率下的干燥和饱水砂岩试验,详细分析了强度、应变能、微观损伤和宏观破裂特征在不同加载速率下的变化规律。结果表明:随着加载速率的增大,在0.001~0.01 mm/s加载速率区间,砂岩单轴抗压强度增速较大,强度劣化显著,弹性模量和变形模量线性增大,弹性应变能极限基本保持常值;在0.01~0.1 mm/s加载速率区间,砂岩单轴抗压强度增速变缓,强度劣化减弱,弹性模量和变形模量整体呈线性减小,弹性应变能极限线性增加。在0.001~0.01 mm/s区间,干燥状态弹性应变能是饱水状态弹性应变能的1.28倍,在0.01~0.1 mm/s区间,干燥状态弹性应变能的增速是饱水状态的2.59倍。对比干燥和饱水砂岩相应规律可知,饱水弱化了加载速率对砂岩强度和弹性应变能极限的提高效应。随着加载速率的增加,微观损伤拉伸裂隙所占百分比增加,宏观破坏劈裂块体增多;表明饱水弱化了加载速率对微观拉伸裂隙发育的增加效应,弱化了砂岩由于加载速率增大岩体脆性提高的效应。