尖端相交裂隙砂岩强度与破裂演化特征试验研究

岩石中裂隙的分布形态对岩石力学特性的影响极为显著。通过对含尖端相交裂隙砂岩试样进行单轴压缩试验,研究了2条相交裂隙分布方向角β和夹角α对砂岩强度、变形及破裂演化特征的影响。试验结果表明:随着β角的增大,试样峰值强度逐渐增大,平均模量先增大后减小。当β角为0°时,试样表现为双裂隙外尖端贯通破坏,当β角在30°~45°之间时,试样表现为单裂隙外尖端开裂破坏;当β角在60°~90°之间时,试样表现为双裂隙外尖端独立开裂破坏。随着β角的增大,裂隙内尖端的裂纹发育程度逐渐减弱。随着α角的增大,试样峰值强度逐渐减小,平均模量表现出先减小后增大再减小的趋势,当α角在30°~60°之间时,试样表现为单裂隙外尖端开裂破坏;当α角在90°~150°之间时,试样表现为双裂隙外尖端开裂破坏。随着α角的增大,裂隙内尖端裂纹发育程度逐渐减弱直至无裂纹产生。利用声发射仪记录了试样加载过程中的声发射特征,结果表明AE事件数主要集中在峰值和峰前非线性段,宏观裂纹的起裂、扩展和贯通都会产生明显的AE事件。

孔洞-裂隙组合型缺陷砂岩力学特性试验研究

为研究含预制孔洞-裂隙组合型缺陷砂岩的力学特性,在板状砂岩试样内预制了圆孔和裂隙组合型缺陷,通过室内单轴压缩试验,研究了裂隙倾角α和裂隙长度b对砂岩强度特征、变形特征及破裂演化过程的影响规律。试验结果表明:与完整砂岩相比,含组合型缺陷砂岩的承载能力发生明显的劣化,且劣化幅度与预制缺陷几何形态密切相关;随裂隙倾角α的增大,试样的峰值强度、平均模量和割线模量均表现为逐渐减小的趋势;裂隙倾角为45°时,随着裂隙长度b的增大,试样的峰值强度、峰值应变、平均模量和割线模量均逐渐减小;含组合型缺陷砂岩的起裂形式与裂隙倾角α有关,裂隙倾角在0°~60°时,初始破坏均表现为预制裂隙尖端的拉伸裂纹破坏,而裂隙倾角为90°时,试样的初始破坏表现为圆孔孔壁片帮破坏。

干燥与饱水状态下含尖端相交裂隙砂岩的力学特性及破裂演化规律试验研究

岩体中裂隙的存在会影响岩体工程的稳定性,而裂隙的分布形式及地下水的作用对岩体力学特性和破裂演化规律有着显著的影响。通过对干燥和饱水状态下含尖端相交裂隙砂岩试样进行单轴压缩试验,研究尖端相交裂隙的夹角和地下水对砂岩力学特性及破裂演化规律的影响。研究结果表明:尖端相交裂隙的夹角和地下水对砂岩的力学性能和破裂演化规律均有较大影响。含尖端相交裂隙砂岩试样的应力-应变曲线中裂纹萌生与扩展阶段相较于完整试样更早出现且在峰值应力前产生明显的应力降现象,并在峰后破坏阶段产生台阶状应力跌落现象;随着尖端相交裂隙夹角的增加,试样峰值应力与起裂应力逐渐增加,应力集中部位由倾斜裂隙内尖端过渡到外尖端。而地下水的存在将增加尖端相交裂隙岩样的延性,减弱尖端相交裂隙在应力-应变曲线中产生的应力降和台阶跌落现象,使岩样的峰值应力和起裂应力随着尖端相交裂隙夹角的增大呈现出先减小后增大再减小的趋势;此外,地下水的存在将减弱岩样裂隙处应力集中程度,减少裂纹起裂数量,使水平裂隙成为含尖端相交裂隙饱水岩样破坏的主导裂隙。