流变扰动条件下红砂岩敏感邻域范围试验研究

作     者：王波 田志银 马世纪 任永政 高翔宇 孙宏旭 黄万朋 王军 

作者机构：山东建筑大学土木工程学院 山东科技大学能源与矿业工程学院 华北科技学院应急管理与技术学院 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年

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] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(52274121) 河北省自然科学基金(E2022508023) 中央引导地方科技发展基金(226Z4101G) 

主　　题：三轴流变扰动试验 扰动应变 敏感邻域 扰动损伤 孔隙发育 

摘      要：在扰动载荷作用下，处于“敏感邻域内的流变岩体容易发生变形破坏，为深入研究围压对扰动“敏感邻域范围的影响规律，以红砂岩为研究对象，使用RRTS-IV型岩石流变扰动效应试验系统，对不同围压和轴压作用下的流变岩体进行扰动冲击试验，观察轴向扰动应变随轴压的变化规律，并分析不同围压条件下“敏感邻域的变化情况，利用核磁共振分析系统，对比分析流变岩体在不同围压条件下，处于敏感区和非敏感区的流变岩体在扰动前后的孔隙率、T2谱曲线、谱峰面积和孔径分布的变化规律。试验结果表明:(1)当围压保持恒定，轴向扰动应变值随轴压的增大呈现出先降后升的非线性趋势，且当作用于流变岩体上的轴压越接近于该围压条件下的长期强度时，动态扰动所产生的轴向扰动应变值越大。(2)处于不同围压条件下流变岩体，会存在一个敏感过渡点(σm)，它决定了流变岩体对动态扰动的敏感程度。当σ1σm时，流变岩体的敏感程度随轴压的增大而减小，当σ1≥σm时，流变岩体的敏感程度随轴压的增大而增大，并根据流变岩体的敏感程度不同划分出3个敏感区域：R1非敏感区、R2敏感区和R3蠕变破坏区。(3)确定了敏感邻域的范围(Δσ)应介于长期强度(σP)与敏感过渡点强度(σm)两者之间，并通过计算不同围压条件下“敏域比的变化情况，发现围压对岩体内部裂纹扩展的抑制作用和损伤阈值的提高并非线性增加的，而是呈现出一种减速增长的趋势。(4)当流变岩体处于敏感区时，外部扰动冲击会导致岩体内部产生新的微小孔隙，且在扰动冲击的作用下岩体内部的微小孔隙会逐渐贯通、扩展为新的大孔径孔隙，使得岩体内部的孔隙数量增大，同时外部扰动冲击对岩体内部孔隙发育的影响也会随着围压的增大而逐渐降低。(5)当流变岩体处于非敏感区时，外部扰动冲击会使得岩体内部的大孔隙发生闭合，致使岩体内部的总孔隙数量减少，同时，岩体内部新生微小孔隙的形成速率和大孔隙的闭合速率都会随着围压的增大而逐渐降低。研究成果对于丰富三轴岩石流变扰动效应相关理论具有重要的现实意义。