冻融循环单轴压缩下不等长交叉裂隙砂岩变形破坏特征研究

为了探究冻融-荷载作用下含交叉裂隙砂岩力学特性及破坏机制,本文对不同冻融次数下交叉裂隙试样开展了单轴压缩试验,分析了冻融循环下交叉裂隙试样的物理性质劣化规律以及宏观力学特性,并基于PFC2D离散元软件采用水颗粒膨胀法对冻融循环全过程进行模拟,结合数值模拟与试验结果,进一步探究了冻融作用下试样的宏细观损伤机理.结果表明:冻融循环作用会使岩石的物理力学性质发生劣化,降低岩石的储能能力,与未冻融试样相比,冻融90次试样峰值强度、弹性模量、总能分别下降了32.1%、29.3%、56.77%;随着冻融循环次数的增加,试样的破坏模式由单纯剪切破坏逐步向张拉-剪切破坏过渡;试样均于主裂隙尖端处起裂,但扩展方向不同,未冻融试样沿着主裂隙45°方向扩展,而冻融后试样沿裂隙两端垂直扩展.

反复冻融作用下裂隙岩体宏细观损伤机理研究

为了研究反复冻融作用下裂隙岩体细观损伤规律以及宏观力学特征,基于核磁共振技术探究了岩石孔隙演化规律;利用PFC2D构建了裂隙岩石模型,采用水颗粒膨胀法对裂隙岩石冻融循环全过程进行模拟,并分析了不同冻融循环次数下裂隙岩石强度变化、能量演化以及破坏特征,基于此进一步探讨了裂隙参数对冻融前后岩石峰值强度以及破坏特征的影响。结果表明:冻融循环作用加剧岩石内部细观损伤,导致岩石内部孔隙增加、孔径增大,同时冻融循环作用会使岩石出现宏观损伤,表现为岩石掉块及颗粒剥落;与未冻融相比,冻融90次时裂隙岩石峰值强度降低了48.3%、总能量下降了58.09%、弹性模量及强度下降段斜率分别下降了33.6%和57.9%,裂隙岩石塑性增强,破坏特征由剪切破坏过渡至张拉-剪切破坏;裂隙倾角变化对岩石强度影响较为复杂,且会改变冻融后岩石破坏特征,裂隙长度的增加会降低岩石的强度。