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.

单轴压缩下正交型交叉裂隙砂岩的破坏前兆试验研究

为探究单轴压缩下正交型交叉裂隙砂岩的破坏前兆信息,开展正交型交叉裂隙砂岩的单轴压缩声发射试验,分别从声发射振铃计数率的临界慢化特征、主频与平均频率质心的演化、小波包能谱特征三个角度进行研究。研究发现试样加载至临近峰值应力时均表现出明显的临界特征:声发射振铃计数率呈“双峰特征”、累积振铃计数急剧攀升;振铃计数率的自相关系数上升到较高的值发生大幅度波动、方差发生量级式“增加-降低-增加”的变化;低频声发射信号数量明显增加,平均频率质心则表现为“先增后减”式变化;对声发射波形信号进行4层小波包分解,3^(#)~16^(#)频带能量占比呈“明显下降-波动式上升”式变化;三种破坏前兆识别方法所得到的前兆响应系数(precursor response coefficient,PRC)的大小顺序依次为:临界慢化特征>频域特征>小波能谱特征,前兆响应应力(precursor response stress,PRSR)的大小顺序与前者相反;随着主裂隙与轴向应力之间夹角的增大;随着主裂隙与轴向应力夹角的增大,三种破裂前兆识别方法所识别前兆点出现时间均延迟。