冻融作用下条带状磁铁石英岩破裂失稳过程裂纹演化特征试验研究

为探究冻融作用对条带状磁铁石英岩破裂失稳过程裂纹演化特征的影响规律,对冻融温度区间为-20~20℃、最长冻融周期为280次的岩石开展了力学与声发射试验研究。结果表明:单轴抗压强度和弹性模量自干燥状态时的200.93 MPa和21.67 GPa下降至冻融280次时的106.64 MPa和8.24 GPa;低冻融周期(冻融循环≤40次)作用下,岩样在裂纹演化过程中以拉伸裂纹为主、剪切裂纹为辅,裂纹破裂主要发生在微裂隙加速扩展阶段,该阶段中、高频信号的出现时间稍早于中、低频信号,且高频条带所对应的幅值较高;高冻融周期(冻融循环>40次)作用下,岩样裂纹演化同样以拉伸裂纹为主,但剪切裂纹占比低于低冻融周期岩样,随着冻融周期的增加,岩样裂纹总量呈降低趋势,在微裂隙加速扩展阶段,中、高频信号与中、低频信号基本上同时大量出现,岩样超高频信号所对应的幅值随着冻融周期的增加而降低;低冻融周期作用下,高能信号主要产生于微裂隙加速扩展阶段,而高冻融周期作用下,高能信号的分布较为分散,且岩样自身声发射能量跨度以及大能量声发射事件出现的概率相较低冻融周期岩样均有所下降。

泥质粉砂岩冻融作用下含初始损伤岩石动力学特性试验研究

为研究冻融作用下含不同冲击损伤砂岩的动力学特性,对完整及不同初始损伤的泥质粉砂岩进行冻融后开展冲击加载试验,研究冻融作用对含初始损伤泥质粉砂岩的宏观动力学性能和损伤演化规律。结果表明:含初始损伤砂岩的纵波波速、弹性模量与冻融周期呈负相关;含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级初始损伤砂岩的纵波波速随冻融周期的增大分别下降了8.1%、11.9%、11.2%、16.8%,初始损伤等级越高的砂岩在冻融作用下纵波波速下降幅度越明显;冻融损伤和初始损伤耦合作用下砂岩弹性模量的变化速率逐渐增加,抵抗形变的能力逐渐下降,塑性逐渐增大;在冻融作用下含初始损伤砂岩的动态抗压强度与应变率呈指数衰减;初始损伤的存在加剧了冻融损伤对岩石的劣化作用,加快了砂岩自身宏观动力学性能的弱化速率。

冻融作用对条带状磁铁石英岩物理力学性能影响试验研究

为研究冻融作用对条带状磁铁石英岩物理力学特性的影响,对条带状磁铁石英岩进行了矿物成分与结构分析,在对该岩石进行了最高280次的冻融循环试验后,展开了基于应变监测的单轴压缩试验。试验结果表明:条带状磁铁石英岩主要成分为石英和磁铁矿物,其结构致密,原生裂隙主要为贯穿条带分布;随冻融循环周期增加,岩样饱水质量、开口孔隙率和纵波波速呈阶段式变化;自干燥至冻融280次,岩样的单轴抗压强度、弹性模量分别下降了46.93%、61.98%,在冻融前、中期岩样单轴抗压强度、弹性模量下降最为显著;根据岩石变形特征获得不同冻融循环周期下岩样的应力特征值,岩样压密应力、起裂应力随冻融循环周期的变化幅度最为显著,并结合其与峰值应力的占比变化情况,发现岩样在低、中荷载下其内部裂隙活跃程度与冻融循环周期存在较高的相关性。

饱水时间对含黏土矿物岩石声发射特性影响的试验研究

为研究饱水时间对含黏土矿物岩石力学行为与声发射特性的影响,对含蒙脱石的砂岩开展干燥、饱水及不同浸水时间条件下的单轴压缩力学和声发射试验,重点分析浸水时间对岩石各受力阶段声发射计数率、能率等时域参数的影响.结果表明:饱水时间对含泥质矿物岩石的强度、声发射参数均产生显著影响,饱水岩样的强度由干燥时的53.52 MPa下降到49.51 MPa,浸水超30 d,水岩耦合作用逐渐减小;岩样在破裂前存在微裂隙快速发育阶段,声发射信号开始活跃并迅速增长,随浸水时间的增加,信号活跃增长期的应变量逐渐减少,浸水90 d后,岩样破裂前能率增长期基本消失,表现为失稳破坏时的骤然释放;饱水岩样声发射累积计数和累积能量分别为干燥岩样的20.8%和30.9%;岩石在破裂过程中的声发射信号总数随浸水时间的增加持续减少,浸水120 d后,声发射累积数和累积能量分别为干燥岩样的0.24%和0.39%.