围压卸载速率对砂岩力学性质影响数值试验研究

【目的】为了排除天然岩石试件离散性与试验过程多种应力路径相互转换对试验结果的叠加影响,进一步探讨围压卸载速率对岩石破坏失稳的影响机理。【方法】利用离散元法开展均质数值试件在恒定轴压与两种固定围压卸载速率条件的数值试验研究,对比与讨论了两种围压卸载速率下的试件宏观与细观力学特性与规律。【结果】结果表明:两种条件下,宏观和细观破裂分布具有一定相似性和规律性,慢速围压卸荷条件较快速条件的试件承载强度更高,快速卸荷条件局部破裂分布密度相对更大。两种卸载速率试验过程出现轴压和围压的“跌落”和“上升”,反映试件经历了多阶段突发式渐进破坏过程,因局部破坏不断累积导致试件向整体失稳方向发展。两种卸载速率条件下的张拉破裂数量显著大于剪切破裂数量,张拉破裂增长速率大于剪切破裂,试件表现为张拉破坏为主,快速卸载条件破裂总数量相对更大。慢速卸载条件相对充分地调动了试件局部承载能力,使试件极限承载能力有所提高。【结论】两种条件下,20次以上声发射事件构成的裂纹分布程度最不均一,随着组成每条裂纹的声发射事件数增加,震级整体逐渐增大,快速卸荷形成裂纹过程总体释放能量相对更高,而慢速卸荷以相对较慢的速率传递应力,使裂纹形成过程释放能量相对更低、平稳且均一。

围压效应对钙泥质胶结砂岩强度和变形的影响

针对西部地区侏罗系砂岩成岩年代新、胶结程度较差,以及煤矿高强度开采的特点,开展恒定围压下三轴压缩实验,不同速率卸围压,以及单块多级加载实验,研究围压路径变化效应对钙泥质胶结砂岩强度和变形特征的影响.实验表明:西部中粒砂岩峰值强度、残余强度、峰值应变、弹性模量、泊松比等力学参数均对围压依赖性较强,且由于其钙泥质胶结的细观特性使其黏聚力、内摩擦角相比其他地区、其他年代的砂岩较低.随着围压的增大,试件由简单平整破裂面向复杂非平整多破裂面破裂模式转化.变围压加载过程中,围压的变化对砂岩的承载能力和变性特征影响显著,围压主要通过束缚试件横向变形和裂纹扩展,以及增大内部摩擦的方式影响岩体的力学特征,围压卸载和加载对岩体力学参数的影响规律可为采场推进速度优化和围岩支护分析提供一定的参考.